물리계층 → Signaling

이전에 말했듯 물리계층에서 중요한 것은 다음 2가지이다.

1. Signal definition : 신호
   • encoding
   • modulation

2. Interface definition : 전송 매체

이 중에서 interface(전송매체) 중 유선, 무선 및 twisted pair, 동축케이블, 광케이블 등에 대해서 배웠었다.

이제 물리 계층의 Signal definition (신호) 에 대해 알아보자.

물리 계층의 Signal definition 에서 제일 중요한 개념은 encoding과 modulation이다. 즉 데이터의 부호화가 제일 중요한데 이 것에 대해 알아보자.

다음 그림을 보면 알기 쉽다. 일단 인코딩은 data를 digital 화 하는 과정을 이야기 한다. 그에 반해 Modulation 은 데이터를 Analog 신호화 하여 특정 대역폭으로 부호화 해줄 수 있다.

Modulation 은 신로를 멀리 보낼때 장거리 통신에 유용한 아날로그 신호로 변환할 때 유용하다.

Encoding과 modulation 은 데이터를 신호로 부호화 하는 방법으로써 다음과 같은 경우의 수가 존재한다.

• Digital → Digital

• Digital → Analog

• Analog → Digital

• Analog → Analog

다음 중에서 첫번째 Digital → Digital 인코딩에 대해서 알아보자.

1. D → D

디지털 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 방식은 여러가지 방법이 있다.

• Non return to zero (NRZ)

• Multilevel binary

• Biphase

• Modulation rate

• Scramblig techniques

각각에 대해 알아보기 전에 필요 용어에 대해 정리해보자.

• Unipolar : 극성이 한개인 것을 의미한다. 즉, 5V ~ 0V 와 같은 2개의 큰 신호를 가지고 있는 걸 의미한다.

• Polar : 극성이 2개인 것을 의미한다. 5V ~ -5V 처럼 양, 음 2값을 범위로 가지고 있는 것을 의미한다.

• Data rate : 데이터 송신률로 초당 몇 비트를 보내는 지를 의미한다. Signal rate 와는 다른 말이다.

• Duration or length of a bit : 비트를 보낼 떄 걸리는 시간이다.

• modulation rate : Signal Rate 의 한 종류로 초당 얼마만큼의 아날로그 신호로 변경하는 지를 나타내는 지표이다. 보통 baud 로 나타낸다.

• Mark and Space : Mark는 1을 의미하고 Space 는 0을 의미하는 용어이다.

추가적으로 다음의 단위들을 기억해두어도 편하다.

1.1. Interpreting Signal ⇒ Synchronous

또한 signal 을 해석함에 있어서 중요한 것은 동기이다. Clocking 이라고도 하는데 수신측에서 해당 신호의 signal 동기를 찾아야 올바른 시작점을 찾아 신호를 읽을 수 있다.

허나 당연히 신호가 가는 도중에 distortion(왜곡) 될 수도 있는 것이고, SNR(Signal to Noise Rate)이 높을 수도 있고, 특정 대역폭으로 보내질 수도 있고, 특정 데이터 rate 으로 보내질 수 있으니 받는 쪽에서 해석을 잘 해야 한다.

1.2. D→D 방식

일단 NRZ 는 이름 그대로 0으로 변환하지 않는 방 식이다. 즉, 1 또는 -1 의 값만 가지도록 변환해준다. 또한 뒤에 L 이 붙은 경우에는 Level 에 따라 0 → +1, 1 → -1 이런식으로 변환하는 것이고 I 가 붙은 경우에는 다음 bit가 1이냐에 따라 데이터의 값이 바뀔 때 신호의 위상을 바꾸어 변환하는 방법을 이야기 한다.

그다음 Bipolar-AMI 는 0은 그대로 0으로 변환하되 1은 그 값을 +,- 계속 toggle 시키며 변환하는 방식이다. 보통 부호 변화가 많을 수록 받는 쪽에서 Sync 를 맞추기 쉽다.

Pseudoternary 는 Bipolar-AMI와 반대로 1은 그대로 1로 변환하되 0일 떄 값을 계속 toggle 시키는 변환 방법이다.

Manchester 는 0은 '+ → -', 1은 '- → +' 이런식으로 변환하는 방식이다.

Differential Manchester 는 경계선에서 level 변화가 없으면 1, le vel 변화가 있으면 0 을 의미하는 방법이다.

◆ Evaluating Encoding Schemes

• Signal spectrum : 얼마나 spectrum 을 많이 쓰냐가 평가 기준이다. 통신 정보량을 뜻하는 대역폭을 크게 쓸수록 Rate 는 올라가지만 그만큼 resource 를 낭비하는 것이니 좋지 않게 평가될 수 있다.

• Clocking : 신호의 동기를 잘 맞출 수 있느냐로 평가한다. 동기를 잘 맞출 수록 좋은 변환 방법이다.

• Error detection : 시간이 깨짐을 감지할 수 있는지, 즉 오류를 잘 검출 할 수 잇는가로 평가한다.

• Signal interference and noise immunity : 간섭이나 노이즈가 얼마나 없는가

• Cost and complexity : 비용이나 복잡도 측면에서 평가한다.

1.3. Multilevel Binary Issues [Scarmble]

0과 1 의 변화가 없을 떄 수신측에서 동기를 잘 못 맞출수 있다. 때문에 이를 방지하기 위해 Scramble 기법을 사용한다. 즉, 변화가 없는 경우 중간중간 비트를 강제로 추가해주는 방법이다.

이 방법은 일반 NRZ 방법보다 덜 효율적이다. 왜냐 3 level로 3bit 처리 가능한 NRZ 와는 달리 Scramble 기법은 3 level을 가지고 2bit만 처리 가능하기 때문이다. [강의참고]

즉 Scramble 기법은 에러를 줄이기 위해 NRZ 방법보다 3dB 정도의 Signal Rate 더 필요로 한다.

일단 Manchester 와 Different Manchester 방법은 Biphase 기법을 사용한다. 즉,

다음 그림에서 처럼 한 비트를 표현하기 위해 2개의 signal level을 사용하는 방법이다. 이러한 방법 때문에 Manchester와 Different Manchester 방법의 장 단점은 다음과 같다.

• 장점 : 동기를 맞추기 편하다. 평균 dc 가 0이다. (즉, 한 level 의 signal 이 더 많거나 그런 경우가 없다.) 에러 감지를 더 잘 할 수 있다.

• 단점 : bit 당 많은 Signal 을 사용한다. 때문에 단위 시간 당 필요한 signal이 많을 뿐더러 더 많은 대역폭이 필요하다.

장단점을 더 잘 이해하기 위해 다음 그림을 살펴보자.

일단 변수에 대해 알아보자.

D 는 mod rate 로써 baud 단위를 쓰는 signal rate 라고 생각하면 된다. R 은 data rate 로 bps 단위를 사용한다. M 은 signal number를 L은 bits per signal을 의미한다.

NRZI는 bit당 signal level 하나가 필요하기 때문에 L은 1이고, 때문에 signal rate 와 data rate 가 같다.

그에 반해 Manchester 는 bit 당 signal level 2개가 필요하기 때문에 L은 1/2 가되고 data rate 는 signal rate 의 2배가 된다.

즉 수치상으로 봐도 Manchester 가 NRZI보다 단위 시간당 많은 signal 을 사용하는 단점이 있다고 볼 수 있다.

1.4 Scrambling

Scrambling 이란 위에서 말했듯이 bit 변화가 없는 경우 데이터 싱크를 맞추기 힘들기 때문에 이를 보완하기 위해 도입된 방법이라고 했었다.

어떤 방법을 사용하는 지 알아보자. 일단 기존 data에서 0, 1, 0, 1이 골고루 일어나도록 섞는다. 단! 원래의 data bit 의 길이와 같도록 섞어야 한다. 이렇게 섞어주면 수신 측에서 bit 의 변화를 보고 더 쉽게 싱크를 맞출 수 있게 된다.

Scramling 방법의 궁극적인 목적은 다음과 같다.

• Have no dc component ; 통신에서 제일 피해야할 직렬 요소를 없앨 수 있다. 즉, 한 값으로 계속 유지되는 상황을 피할 수 있다.

• Have no long sequences of zero level line signals : 똑같은 bit 반복을 없앨 수 있다.

• Have no reduction in data rate : Manchester 와 다르게 rate 를 건들지 않고 싱크를 맞출 수 있다.

• Error detection capability

Scrambling 기법을 사용한 경우를 알아보자. 일단 보면 B8ZS, HDB3 이 두가지를 볼 수 있다. 숫자를 보고 바로 알아차리면 더욱 좋다.

B8ZS 같은 경우는 8개의 zero 발생 시 사이에 Scramble 해주는 기법이다. 보면 알 수 있듯이 0이 8개 연속으로 나오니 VBVB 이런식으로 비트를 껴준 걸 확인 할 수 있다. 이 때 보면 알 수 있듯이 V 는 violation 의 약자로 규칙을 어겼다라는 의미로 나오기 시작한 것이고 B는 V를 상쇄시켜주기 위해 즉 dc 값을 0으로 만들기 위해 추가한 값이라는 것을 알아두자.

HDB3 은 다음과 같은 4가지의 경우의 수를 가지고 bit 를 scrambling 해주는 방법이다.

즉 이전의 pulse 값이 음수냐 양수냐와 이전에 Bipolar, 극값이 홀수냐 양수냐에 따라 다음과 같은 패턴을 넣으라는 이야기이다.

따라서 다시 위의 그래프를 보면 직전의 극 값이 음수에 이전 까지의 극 값의 개수가 홀수 개이기 때문에 000- ⇒ 000V 로 변경 된 것이다. 그 이후 다시 보면 극 값이 다시 짝수 개가 되었고, 직전의 극 값이 음수이기 때문에 +00+ → B00V 가 된 것이다. 이런식으로 경우의 수에 맞게 끔 값을 고쳐주면 되는 방법이다.

2. D → A

디지털 데이터를 아날로그 신호로 부호화 하는 과정을 Keying 이라고 한다. 추가로 아날로그 신호로 변환하는 방법을 위에서 modulation 이라고 했으니 이건 알아두자.

D→A 방식은 다음과 같이 크게 3가지로 나뉜다.

• Amplitude shift keying (ASK)

• Frequency shift keying (FSK)

• Phase shift keying (PSK)

추가로 실제로 현대 통신에서 많이 쓰고있는 아날로그 변환 방식인 QAM (Quadrature amplitude modulation) 방식도 있다.

2.1 Digital Data, Analog Signal

일단 보통 이 두가지 변환 방식은 전화에서 대표적으로 사용된다. 또한 D → A 은 대역폭이 작으며 작은 대역폭에 data를 심어주는 방식의 keying을 주로 사용한다. 보통 이 변환 방식은 Modem (Modulator-demodulator) 를 사용한다.

다음 방식을 보자. 일단 ASK 는 digital data가 1일 때만 신호화 해주는 방식이다. 이 방식은 다른 방법에 비해 비효적이다. 보통 모스부호처럼 저속 통신에 사용하는 방식이다. 하지만 빛 통신에서는 이 방법을 사용한다. (빛이 있다, 없다를 기준으로)

그에 반해 BFSK 는 신호는 다 보이되 F가 frequency 를 뜻하는 것처럼 1일 때 주파수를 올리는 방식으로 달리 해주는 방식이다. 이 방식도 성능이 좋지 않다. 역시 대역폭이 1200bps 밑으로의 낮은 대역에서 사용된다. 동축케이블에서는 매우 빠른 frequency 로 사용되기도 한다.

BPSK 는 phase 가 위상을 뜻하는 것 처럼 0과 1의 위상이 다르도록 처리해준다. 그림은 180도 위상차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 이 변환 방법을 약간 확장 한 것으로 Differential PSK 변환 방법이 있다.

그림에서 알 수 있는 것과 같이 0에서 1로 갈 때 위상이 변환되는 동시에 1에서 1로 연속해서 변화할 때도 위상을 바꿔주는 것을 볼 수 있다.

2.2 Multiple FSK (MFSK)

여러 비트를 묶어 주파수로 표현해주는 방식이다. 위의 FSK는 0과 1 한개의 비트만을 주파수를 다르게 해 표현해준 것과 반대로 2개 또는 그 이상의 비트를 묶어 각각을 주파수로 표현해 변환하는 방식이다.

FSK보다 많은 대역폭을 사용할 수 있는 장점이 있지만 그만큼 더 에러에 민감하다.

2.3 QPSK, OQPSK

이 두 가지는 기능이 거의 똑같다. 일단 input 을 2개로 쪼개 위 아래로 나눠주는 것을 볼 수 있다. 그리고 각각 cos, sin 값을 곱해주는 것을 볼 수 있다.

그 다음 이 2개를 각각 합쳐주는 방식이다.

이걸 보면 바로 이해할 수 있다. bit number 는 I와 Q로 반 조각 낸 것을 볼 수 있다. 그 후 각각을 합성해주면 OPSK, QOPSK 라고 볼 수 있는 것이다.

이 때 한 가지 기억할 것은 I(t)와 Q(t) 의 조합이 총 4가지가 있는데 이 4가지 조합 각각에 phase 값을 정해 놓고 합성시킨다는 것이다.

다음 그림을 봐보자. MFSK는 M값이 커질 수록 에러가 줄어들어 성능이 좋아지는 반면 MPSK는 M값이 커질수록 즉, Multiple 하게 늘릴 수록 에러가 커진다는 것을 알 수 있다.

즉, BER(에러 성능) 부분에서 MPSK가 더 안좋아 보일 수 있지만 나머지 성능이 MPSK 가 더 좋아서 MPSK가 결국 전체 성능이 좋다고 평가받는다.

Bandwidth Efficiency

2.4. QAM

이제 MPSK의 자손 격이자 현재 거의 이것만 사용하는 QAM에 대해 알아보자.

이놈은 phase하고 amplitude 계열을 동시에 변화하여 변환하는 방법이다. 다음 그림을 봐보자.

PSK 같은 경우는 원에 점들을 4개 찍어 아까 말한 I와 Q의 경우의 수인 점과 대응하도록 찍어 변환하는 방법이다.

이와 비슷한 방법인 QAM은 원을 하나가 아닌 2개를 그리고 모든 8개의 경우의 수를 의미하는 점들을 찍어 변환하는 방법이다.

즉, QAM이 PSK보다 더 많은 경우의 수를 변환할 수 있어 결국 보낼 수 있는 비트의 수가 많기 때문에 더 성능이 좋은 방법이라고 할 수 있다.

3. A → D

이 encoding 방법은 대표적으로 다음과 같다.

• PCM (Pulse code modulation) → 전화: 신호가 사용하는 주파수 대역의 2배 이상만 sampling 하면 정보 손실 없이 AD conversion 할 수 있다. 이 때 PAM 은 Pulse Amplitude Modulation 으로 크기 만을 읽어낸 신호를 의미한다.즉 쉽게 설명하자면 다음과 같다.Analog data의 최대 값과 최소 값의 차이를 구간화하여 나눈 다음 각각을 비트로 표현하여 각 주파수 대역의 2배이상의 시간으로 자른 각각의 analog data 점들을 Digital signal 로 변환하는 방법이다. 별로 성능이 나올 거 같지 않은 방법이지만, 사람 목소리의 경우에는 1.2bps 로도 잘 알아 먹을 수 있기 때문에 충분히 먹히는 변환 방법이라고 할 수 있다.

  

  
  
  → Companding : 작은 소리로 잡아내기 즉, compression + expanding 의 뜻을 가지고 있는 놈이다. 소리의 크기가 작을 떄 값을 보완하여 잘 들리게 변환해주는 방법이다. 다음 그림을 보면 쉽게 이해할 수 있다.

  

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• → Non-Linear Coding : 하나의 단계 단계 모두 8bit로 읽는 것이 linear coding이다. 허나 낮은 톤, 높은 톤 각각에 맞춰 다른 크기로 non linear 하게 자르는 것이 Non-linear 방식이다.
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•  
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• DM (Delta modulation) : 소리 크기 변화를 신호로 나타낸다. 지금은 거의 쓰지 않는다.

4. A → A

이 modulation 방법은 다음과 같다.

• AM (Amplitude modulation) : 진폭에 맞춰 태워보낸다.

• FM (Frequency Modulation) : 주파수로 신호 값을 표시하는 방법으로 태워 보낸다.

• PM (Phase modulation) : 위상에 맞춰 태워 보낸다.

각각을 한꺼번에 나타낸 그래프는 다음과 같다.

이거는 쉬우니 그림 만으로 넘어가자. 다만 원래의 Analog data를 carrier에 태워 analog signal 화 한다는 것만 알아두자.

물리계층은 매우 하위 계층으로 실질적으로 데이터를 전송하는 전선 등을 의미하는 계층이다.

이 물리계층에서 중요한 것은 딱 2가지이다.

• Signal Definition

• Interface definition

이렇게 이다. 이 중에서 Interface Definition 에 대해서 알아보자.

인터페이스란

Interface 란 데이터가 전송 되는 매체를 의미한다. 이 때 해당 전송 매체는 다음과 같이 분류할 수 있다.

• Interface
  • 유선 전송매체
    • Twisted Pair (쌍쇄선)
    • Coaxial Cable (동축케이블)
    • Optical Cable (광섬유)
  • 무선 전송매체
    • Antennas
    • Terrestrial microwave
    • Satellite microwave
    • Broadcast radio

전송매체 선택 고려사항

일단 그에 앞서 어떠한 전송매체를 사용할까에 대한 고려사항으로는 다음과 같은 것들이 있다.

일단 첫번째로 Bandwidth는 대역폭으로써 어떠한 대역폭의 데이터를 주로 보내는지에 따라 전송매체를 선정할 수 있다. 두번째로는 Transmission impairment로 신호의 감쇠정도를 의미하는데 어느 정도의 거리를 보내야하는지 어디까지 얼마만의 정확도로 보내야하는지에 따라 전송매체를 선정할 수도 있다. 세번째로는 Interference 로 간섭현상을 의미하는데 Half duplex 나 Full duplex 정도에 따라 어느정도 간섭현상이 일어나는 데이터인지를 알아보고 전송매체를 선정할 수도 있다. 마지막으로 수진자가 몇명인지에 따라 전송매체를 고려할 수도 있다.

유선 전송매체

그러면 위와 같은 고려사항을 가지고

에 대해 먼저 알아보자. 다음의 표를 보자.

일단 그래프는 가시광선, 마이크로선 .. 등 여러 전자기파의 범위와 각 전송매체가 제공하는 대역폭 범위를 나타낸 그래프이다. 그 다음의 표는 각 전송매체의 주파수 대역, 감쇠 정도, 지연 정도, amplifier나 repeater 같은 증폭기가 어느 정도의 거리마다 있어야하는지에 대한 설명이다. 보면 알 수 있듯이 각각의 전송매체마다 가지는 값들이 다른 것을 볼 수 있으며 이에 따라 적절하게 선택해야 한다.

그러면 각각의 전송매체에 대해서 좀더 세세하게 봐보자.

Twisted Pair

UTP 가 대표적인 Twisted Pair 이다. 일반적으로 많이 쓰이는 선이고 보이는 것과 같이 꽈배기처럼 twist 되어있는 선을 볼 수 있는데 이걸 더 많이 꼬을 수록 성능이 좋아진다. Twisted Pair 는 2가지로 분류될 수 있다.

• Unshielded Twisted Pair(UTP)

• Shielded Twisted Pair(STP)

즉, 보호껍질이 있냐 없냐를 통해 나눈 것이다. 보호껍질은 interference 를 방지하는 역할을 한다. 즉, 간섭현상을 막기 때문에 더 좋은 성능을 가지는 것은 당연하다. 또한 Twisted Pair 는 옛날부터 점점 발달해와서 여러 버젼들이 있는데 해당 표는 다음과 같다.

보통 많이 사용하는 것이 Category 5 버젼이다. 일단 category가 높아질수록 그 값이 비싸고 성능이 좋은 것이라고 생각하면 된다. 그러면 저 지표들은 어떤 의미의 지표일까? 정리해보자.

• Bandwidth : 이건 그냥 제공하는 주파수 대역폭이다. 넘어가자

• Cable Type : 이거는 아까 말했던 껍질이 있냐 없냐의 종류에 대한 건데 하나 집고 넘어가야 할 것은 FTP 는 Foil Twisted Pair 로 호일로 덮힌 Twisted pair 라고 알아두자.

• Insertion loss(dB) : 이거는 송신자부터 수신자까지 도달하고나서 전선의 저항 등 여러가지 요건으로 얼마만큼의 데이터 손실이 일어났는지에 대한 지표이다.

• NEXT loss(dB) : 이건 전화로 치면 내가 말한게 나에게 들리는 간섭현상에 대한 지표로 값이 높을 수록 많이 간섭된 것을 의미한다.

• ACR(dB) : 이거는 attunation 과 crosstalk 의 비율을 의미하는 건데 이게 클수록 더 성능이 좋은 것이다.

다음과 같이 식으로 나타낼 수도 있다.

Coaxial Cable

일명 동축케이블로 다음과 같이 생긴 케이블이다.

즉 데이터 전송되는 길을 Twisted Pair 보다 좀더 꼼꼼하게 싸매서 멀리 나갈뿐더러 데이터 손실도 적고 대역폭도 큰 성능을 가지고 있는 놈이다. 이 동축케이블은 고성능을 가지지만 각 전송되는 signal 종류에 따라 특징을 가진다.

• Analog Signals

: 수 키로마다 Amplifiers 를 두어 데이터를 증폭시켜야 한다. 허나 아날로그의 특징 상 noise 에 취약하다는 단점이 있긴하다.

• Digital signals

: 역시 수 키로마다 Repeater 를 두어 증폭해주어야 한다.

Optical Fiber (광섬유)

다음 그림처럼 생긴 것이 광섬유라는 전송매체이다. core 에 빛이 반사되면서 데이터가 전송되는 것이 특징이다. 광섬유는 고가의 전송매체이며 성능이 뛰어나다. 추가적으로 다음의 특성들을 가진다.

• Greater Capacity : 높은 용량을 가진다.

• Smaller size and lighter weight : 가볍고 작은 사이즈를 가진다.

• Lower attenuation : 감쇠가 적다.

• Electromagnetic isolation : 빛이라 외부 전기신호에 영향을 받지 않는다.

• Greater repeater spacing : 증폭기 간의 거리가 멀어도 상관 없다.

그러면 이러한 특성들을 가지는 광섬유를 어디에 사용하는 걸까?

주로 고용량 구간인 trunks 에 사용한다. trunk 란 쉽게 전선이 여러개 모여있는 구간이라고 생각하면 된다. 여튼 다음과 같은 곳에 광섬유가 사용된다.

• Long-haul trunks

• Metropolitan trunks : 도시 단위의 전선들 모여있는 고용량 구간

• Rural exchange trunks : 장거리 통신 용도의 고용량 구간

• Subscriber loops : 아파트 단지처럼 전선하나로 데이터를 받고 여러 세대에 뿌려주는 식으로 섞여있는 경우 광섬유를 사용하기도 한다.

• Local area networks : 일명 LAN으로 현재는 LAN에 광섬유를 사용하지는 않는다.

추가로 광섬유는 전기를 빛, 반대로 빛을 전기로 변환해주는 과정이 필요하다.

다음과 같이 2면의 변환이 필요하여 좀 귀찮아 보이기도 한다.

또한 빛을 반사시키면서 데이터를 전송시킨다고 했었는데 그 반사시키는 방법에 따라 여러 모드로 나뉜다. 다음 그림처럼 3개의

가 있다.

참고로 이 중 (c)가 당연히 제일 멀리 나가고 고가이다. 그다음으로는 부드럽게 반사되는 (b) 일 것이고 마지막인 (a)일 것이다.

무선 전송

유선 전송에 대해 간단하게 알아봤으니 이제 무선 전송에 필요한 전파의 특성에 대해서 알아보자.

• Antennas

• Terrestrial microwave

• Satellite microwave

• Broadcast radio

무선은 위의 리스트와 같은 특성을 가진다.

Wireless Transmission Frequencies

무선통신의 전송에 대해 알아보기 전에 일반적으로 무선에서 사용되는 주파수 대역에 따른 특징을 알아보자.

1. 1GHz ~ 40GHz

이 구간은 microwave 주파수 대역이다. 주된 특징으로는 point to point 으로 보내고자 하는 한 방향으로 직진하며 간다는 특징이 있다. 주로 Satellite 통신이 이 구간의 주파수를 사용한다.

2. 30MHz ~ 1GHz

이 구간은 전방위로 튀려고 하는 특성을 가지는 성질을 가지고 있다. 보통 radio 방송 대역으로 많이 사용된다.

Antennas

다음과 같이 생긴게 안테나라는 건 쉽게 알 수 있다. 이 안테나는 이상적인 안테나인 omnidirectional 개념에서 생겨났다. omnidirectional 안테나는 전방향으로 데이터를 뿌려주는 이상적인 안테나의 개념인데 현실적으로 공중에서 전파를 뿌리는 것은 불가능하니 최대한 비슷하게 dom 구조의 안테나가 생겨나게 되었다.

이 안테나는 데이터를 보낼수도 있고, 받을 수도 있는 Half duplex 구조를 가지고 있다. 참고로 안테나가 포물선 형태로 데이터를 뿌려주는 형태를 Radiation pattern 이라고 부르니 알아두자.

다음이 안테나 포물선의 전송 형태를 나타낸 그래프인데 고등학교에서 배웠던 포물선과 똑같다는 걸 알 수 있다. 때문에 법선, 중심 이런 개념은 모른다면 구글링해서 알아보자.

Antenna Gain

Antenna Gain 이란 안테나의 성능을 측정하는 중요한 지표이다. 안테나의 데이터 송수신 방향성을 측정하기도 하며 송신하는 데이터의 크기를 계산해 측정하기도 한다. 계산하는 식은 다음과 같다.

즉 Gain 은 전파의 파장의 제곱에 반비례하고 Dom 의 단면적인 effective area (Ae) 에 비례한다는 걸 알 수 있다.

Terrestrial Microwave Application

이는 안테나가 쏘는 wave 의 한 종류이다. 보통 직선거리에 사용되며 지상의 안테나로 두어 외부 방해물에 의한 방해가 없도록 구축해 사용하는 wave 이다.

위에서 말했듯 1~40 GHz의 주파수 대역을 사용하며 LOS (line of sight) 보이는 방향으로 직진하는 식의 wave 로 반사가 되면 데이터 손실이 많이 일어나게 되어 날씨, 간섭에 많은 영향을 받는 wave 이다.

Satellite Microwave

일명 위성 통신 wave 로 방송국같은 곳에서 사용하는 송신 방법이다. 위성이 frequency band 역할을 하여 전송받은 signal 을 여러 곳으로 뿌려주는 역할을 한다.

위성의 높이에 따라 LEO, MEO, HEO, GEO 라고 불리기도 한다.

다음이 위성으로 쏘아 뿌려주는 방식이다. 간단하니 이정도로 넘어가자.

이러한 위성 통신은 여러 방면에서 사용된다.

일단 위치를 찾는 GPS 에 사용되기도 하며 장거리 통화에도 사용되기도 한다. 그리고 방송, private business network에 사용되기도 한다.

Broadcast Radio

Broadcast Radio 의 주파수 대역은 30MHz ~ 1GHz 이다. 즉 위에서 말했듯 전방위로 퍼질라는 특성을 가지고 있는 놈이다. 허나 여기서 문제점이 있다. 데이터가 이리저리 반사되며 목적지까지 가는 과정에서 도착 시간이 달라질수도 있고, 위상 차이가 있는 상태로 도착할 수 있다. 이 때 데이터 상쇄가 일어날 수 있다. 즉, multipath fading 이라고 불리는 여러 path로 도착했을 때 신호 감쇠가 일어날 수 있다는 단점이 있다.

Infrared

거의 빛의 영역의 파장을 가지는 놈이다. 주파수가 어마무시하게 크기 때문에 LOS 성질이 크다. 때문에 방해물에 매우 취약하며, 벽 같은 건 당연히 통과하지도 못한다.

계속 대역별로 어떤 성질을 가진다라는 둥 얘기했는데 이점에 대해 확실히 정리해보자.

• Ground wave propagation

• Sky wave propagation

• Line-of-sight propagation

이렇게 3개에 대해 알아보자.

⇒ Ground-wave propagation ( ~ 2MHz )

2MHz 이하의 주파수일 때의 특성이다.

다음과 같은 전송 스타일을 이야기 한다. 주파수 대역이 비교적 낮아 직진의 성질이 없기도 하여 AM radio 에서 많이 사용되는 주파수 대역이다.

⇒ Sky-Wave propagation ( 2MHz ~ 30MHz )

2MHz부터 30MHZ 까지의 주파수일 때의 특성이다.

대기를 찍고 반사되며 전송되기 때문에 이름에 Sky 가 들어가는 놈이다. 주파수 대역이 GW 보다는 높기 때문에 GW 처럼 휘어져서 가지는 않는다. 대신 위아래로 반사되면서 목적지까지 갈 수 있는 놈이다.

⇒ Line-of-sight (LOS) propagation ( 30MHz ~ )

30MHz 이상의 큰 주파수일 때의 특성이다.

주파수가 클때는 직진의 성격이 크기 때문에 다음과 같이 일직선으로 목적지까지 가는 특성이다.

Fraction

회절과 굴절은 LOS 통신에서 잘 관리해야 되는 큰 장애물이다. 고등학교 과학시간에 배운 개념과 비슷하다. 밀도의 변화에 따라 빛이 굴절하는 것을 배웠을 것이다. 이와 비슷하게 송수신 되는 무선 데이터 역시 전송 매질의 밀도에 따라 가면서 굴절되기도 한다. 때문에 LOS 특성을 가지고 통신이 된다해도 눈에 보이는 LOS 거리와 실제로 거기까지 간 effective LOS 거리는 값이 달라질 수 밖에 없다.

다음 식과 같다. e가 붙은 것이 실제 간 거리인 effecitve LOS 거리이다.

이와 추가적으로 LOS 통신에 방해가 되는 놈들이 몇가지 있다.

여기까지가 전반적인 물리 계층에 대한 공부 내용이다.

좀 두서 없이 적긴 했지만 계속 새로운 내용이 생길때마다 추가할 예정이다.

물리계층은 물리적으로 통신하는 계층이기 때문에 실제로 물리법칙에 제한을 많이 받게 된다.

◆ 학습 목차

• 전송방식 개념 및 관련 용어

  : 즉, signal 은 transmission 을 통해 보내 되 받는 쪽에서는 해당 signal로 부터 원하는 data를 뽑아내야 한다. 이 방식에 대해 간략하게 알아보자.

• 주파수, 주파수 평면의 개념

  : 일반적으로 시간 축에 따라 신호가 어떻게 변하는지 모양을 따라가는 방법으로 signal을 읽을 수도 있지만 다른 방법으로 주파수 축에 따라 신호를 확인할 수도 있다. 이 때 주파수 domain 으로 변환하는 방법을 푸리에 transform 이라고 하는데 이에 대해 알아보자.

• 스펙트럼과 대역폭 개념

  : 주파수 평면 상에서 차지하는 에너지를 스펙트럼이라고 한다. 즉, f 그래프에서 얼마나 넓은 범위를 차지하느냐, 정의구역이 얼마냐 넓냐 좁냐에 따라 스펙트럼이 크다 작다라고 하는데 이에 대해 알아보자.

◇ transmission Terminology

일반적으로 전송로를 구성하고 있는 전송매체를 통해 통신단과 수신단 사이에 data를 보내는 일을 전송이라고 한다. 이 떄 흘러가는 주체의 타입은 다음과 같다.

• Guided media (유선) : 정해진 선로를 통해 보내진다.

• Unguided media (무선) : 사방팔방으로 보내진다.

또한 다음과 같은 용어를 알아두자.

• direct link : 전송 채널, 즉 리피터, Amplifiers 같은 장비 없이 직접 연결한 링크를 의미한다.

• Point-to-point : 1:1로 연결된 상태를 의미한다.

• Multi-point : 1대 다수로 연결된 상태를 의미한다.

• Simplex : 한쪽으로만 전기가 흘러가는 형태를 의미한다.

• Half duplex : 어느 한순간에는 한방향으로만 전기가 흘러가지만 양방향으로 갈 수 있다.

• Full duplex : 양방향으로 동시에 전기가 흐를 수 있다.

◇ Sine Wave : 주기 함수

여튼 데이터를 전송매체(interface)를 통해 보낼 때, 해당 데이터 전송의 과정인 신호를 ㅂ누석하는 일은 필연적이다. 이러한 신호를 읽기 위해서는 주기함수에 대해서 알아야 한다. 보통 신호는 A, f, P 값에 의해 주기 함수 식으로 표현될 수 있는데

식은 다음과 같다.

이 때 A는 진폭을 의미하고, f는 주파수, 세타는 위상을 의미한다. 여튼 이 3가지 값을 변화시키면서 신호의 주기 함수를 만들어 전송할 수 있는 것이다.

◆ 단위정리

◇ Wavelength

파장에 대해 알고 넘어가야 한다. 일반적으로 파장과 주파수의 곱은 일정하기 때문에 이를 알고 있어야 한다. 또한 $R * L = k$ 역시 알고 있어야 한다. (R은 data rate 를 의미하고, L은 데이터를 보낼 수 있는 거리를 의미한다.) 즉, 모든 통신 기술들은 이러한 물리 법칙을 준수하면서 최선의 결과를 내기 위해 연구되고 있는 것이라고 생각할 수 있다.

◇ Frequency Domain Concepts

모든 signal들은 특정 주파수 대의 합으로 만들어질 수 있다.

어떤 신호던지 간에 sin 함수들의 합으로 나타낼 수 있다. 이를 퓨리에 변환이라고 한다. 따라서 시간 축에 의해 나타내어진 신호 함수를 퓨리에 변환으로 나타낸 다음 f 축 그래프에 그려 넣는 식으로 f domain 에서 신호를 볼 수 있게 된다. (그러면 f 축 그래프의 y값은 퓨리에 변환 시 붙은 값에 비례)

위 그림을 보면 알 수 있듯이 디지털 신호도 퓨리에 변환을 통해 나타낼 수 있다.

◇ Spectrum and Bandwidth

◆ Digital and Analog ( bandwidth, distortion )

• 디지털 신호의 한계

  디지털 신호를 그래프로 그린 모양처럼 기울기가 세로로 일직선인 그래프는 사실 존재하지 않는다. 이는 주파수가 무한대를 뜻하는 것이다.

  다시 말해 아주 짧은 시간이 빨리 빨리 level 을 바꾸면 시간이 거의 0에 수렴하여 주파수가 무한대라고 볼 수 있는데 구리 같은 경우는 수용 가능한 주파수가 정해져 있기 때문에 해당 주파수 이상의 주파수 값들은 버리게 된다. 즉, 데이터에 왜곡이 생기는 것이다.

  또한 물리적으로 매질에 데이터가 충전되는 즉, 용량이 차는 시간이 필요하다. 때문에 급하게 데이터를 매질에 넘긴다 해도 매질이 그걸 수용하는 시간이 있기 때문에 원하는 신호 그래프가 나오지 않고 약간 찌그러져 나오게 된다.

• Digital 신호의 장,단점

  : 0아니면 5 이런식으로 신호가 구성되어있어 조금 noise 가 일어났다 해도 쉽게 알아차릴 수 있다. 하지만 멀리 보내게 되면 위에서 말한 한계로 인해 잘 보내지 못한다.

◇ 장비들

다음과 같은 데이터 변환 장비들을 기억하자. A→A 에서 사용되는 장비는 telephone 이라고 적혀있지만 transformer 이고 D→A 때 사용되는 변복조 장비는 Modem 이다. 그리고 A→D 에 사용되는 장비는 Codec이고, D→D 에 사용되는 장비는 Digital Transceiver 이다.

추가적으로 다음과 같은 장비들을 알아두자. 데이터를 멀리 보내기 위해 중간중간 증폭 장비들을 두어 신호를 보내게 되는데 다음과 같은 장비들이 사용된다.

• Amplifier : 아날로그 신호의 크기를 키워 멀리 갈 수 있도록 해준다.

• Repeater : 디지털 신호로 잠깐 바꾼뒤 아날로그 신호로 바꿔 왜곡이 일어난 것을 처리해준다.

◆ Move to Digital

보통 싼 비용에 고속처리하기 위해 digital 신호로 바꿔 처리하기도 하는데 digital 신호로 바꿔서 처리했을 때의 장점들은 다음과 같다.

• Data integrity : 무결성, 위에서 말했 듯 0아니면 5 라서 약간 왜곡이 일어나도 금방 알아차릴 수 있다.

• Capacity utilization : digital 로 바꿔서 처리하면 capacity 100% 로 처리하기 더 좋다.

• Security and privacy : 아날로그는 날 것이라 보안이 없다.

• Integration : 여러가지 신호를 한꺼번에 보낼 수 있다.

◆ 동기, 비동기

• 동기

  : 데이터를 전송하면서 동기를 맞추기 위한 clock 정보도 같이 보내준다. 보통 고속 + frame 전송시 필요한 기술이다.

• 비동기

  : data만 그냥 보낸다. 저속 + bit 전송 시 많이 사용한다.

◆ 에러 종류

signal 에서의 에러는 신호 그래프 모습을 이상하게 만들고, digital 에서의 에러는 비트의 순서를 바꾼다.

• Attenuation and atteunuation distortion

• Delay distortion

  : intersymbol interference 에 의해 일어나기도 하고, 주파수간 속도차이 때문에 서로 도착하는 시간이 달라 일어나기도 한다.

• Noise

• Thermal Noise

  : 백색 잡음으로 모든 주파수 대역에 동일하게 존재하는 노이즈이다. 분자가 진동해서 지나가는 전자를 팅겨내어 생기는 노이즈이다.

• Intermodulation noise

  : 통신용 칩을 이용해 변조, 복조를 하는데 not linear 한 특성을 가지고 있다. 즉, 완벽하게 똑같은 모양으로 증폭할 수 없기 때문에 조금씩 왜곡이 발생할 수 밖에 없다.

• Impulse Noise

  : 번개와 같은 아주 짧은 시간에 큰 에너지가 들어와 생기는 노이즈이다.

• Crosstalk

  : 혼선이라고 생각하면 된다. 전화에서 이웃사람의 음성이 타고 들어오는 것과 같은 노이즈이다.

◆ 통신 채널 용량의 표현식

채널별로 data rate 이 정해져 있고 통신 채널 용량도 정해져 있다. 이 때 해당 수용 용량을 나타내는 공식들을 알아보자.

• Nyquist bandwidth

• Shannon capacity formula

• The expression $E_b/N_0$

◇ Channel Capacity

일단 채널 용량이란 데이터가 보내질 수 있는 최대치를 의미한다. 이를 이해하기 위해서는 Data rate 에 대해 알아야 하는데 Data rate란 초당 보내는 비트수로 bps 단위를 사용하는 지표이다.

이 때 Rate가 높으면 그만큼 Bandwidth(대역폭) 이 높다는 것이고 그만큼 Noise 도 많이 생기게 되고 에러가 일어나는 비율도 높아지게 될 것이다. 즉, 최대치를 적절하게 정해 그 이상을 보내지 않는 것이 중요한데 이를 어떻게 계산하는 것일까?

1. Nyquist bandwidth

첫번째로 보낼 수 있는 최대치를 계산하는 방법이다.

다음 식만 기억하면 된다. M은 Multi level의 개수를 뜻하고 B는 대역폭을 뜻한다. 이건 외우자.

2. Shannon Capacity Formula

두 번째로 계산하는 방법이다.

두 개를 다 계산해야 되는데 signal 과 noise 의 비를 먼저 계산하고 해당 결과 값을 대역폭과 곱해주는 방식으로 최대치를 계산하는 것이다. noise 가 많이 생길 수록 최대치를 적어진다는 의미가 들어가 있는 것이다.

이 샤논 공식을 그래프로 나타낸 것은 다음과 같다.

3. The expression $E_b/N_0$

세번째 공식인데 이거는 쬐금 복잡하다. 일단 기본 틀은 다음과 같다. $N_0 = kT$ 라는 식 즉, 절대상수와 노이즈는 비례한다는 식을 이용해 값을 나타내는 것인데 구조는 다음과 같다.

일단 첫번째로 $N_0 = kT$ 를 이용해 식을 일반화 해놓고 샤논 공식을 대입해 값을 C가 포함된 식을 도출 할 수 있다. 즉, C를 구할 수 있긴 있는 것이다.

Chapter 1

학습목차

• 데이터 통신과 통신망이란
• 통신 모델이란
• 통신망과 서비스의 융합

데이터 통신과 통신망의 개념을 익히고 현대 기업망의 추세와 요구사항을 알아본다. 또한 정보전달의 표준화와 통신모델을 이해하고 통신 서비스의 융합을 이해한다.

현대 통신의 큰 특징 2가지는 고속화, 광대역화이다. 즉, 기술이 발전하고 새로운 서비스들이 무수하게 나오면서 그에 따른 통신의 속도, 대역이 늘어나고 있다는 점이 큰 특징이다.

5G를 살펴보면 바로 알 수 있다.

5G는 최신 통신 기술로써 19년도에 생긴 따끈따끈한 통신 기술이다. 5G의 특징에 대해서 간단하게나마 알아보자.

→ 1. Enhanced Mobile BroadBand

: eMBB로 불리우는 확장된 광대역의 기술이다.

→ 2. Ultra reliable Low Latency

: uRLLC 로 불리우는데 속도가 매우 빠르기 때문에 지연이 없다는 특징이 있어 신뢰성이 높다는 특징으로 볼 수 있다. 즉, 자율 주행차와 같은 경우에 사고를 줄일 수 있는 신뢰성을 가지고 있다고 할 수 있다

→ 3. Massive Machine Type Communication

: mMTC 로 불리우는 것으로 IOT를 이야기하는 것이다. 일종의 사물 통신으로써 엄청나게 많은 센서의 개수를 지원하는 특징이 있다.

현재 화웨이가 5G기술에 많은 투자를 하고 있다. 5G는 3.5 G 정도 속도의 4G 기술과는 다르게 27G~37G 정도의 높은 주파수 대역을 사용해 높은 속도를 가지는 통신기술이다. 하지만 그만큼 파장이 짧아져 간섭이 심해지는 단점이 있을 뿐더러 아까 말했듯이 센서의 개수를 많이 지원하게 되어 그만큼 보안문제가 생겨 미국에서 난리 부르스를 치고 있기도 한다. ( 결국 헌법으로 화웨이가 웃긴했지만.. )

여튼 간섭이 심하다는 특징 때문에 요즈음 통신사들은 멀리보낼 땐 4G, 가까이 보낼 땐 5G 식으로 섞어서 통신기술을 쓰고 있기도 한다.

그러면 5G의 특징을 알아봤으니 어떤 기술들을 쓰는지 3가지만 알아보자.

⇒ 1번 기술 : Beanforming

: 안테나 여러 개를 사용해서 전파가 쏟아붇는 범위를 전방향이 아닌 특정(여러)방향으로 줄여 device 와 기지국 사이의 연결을 줄이겠다는 의미의 기술이다. 그만큼 안정성을 높이고 주파수 대역을 높였다고 할 수 있다.

⇒ 2번 기술 : Massive MIMO

: input, output을 여러 개 쓰는 기술로써, 안테나를 하나가 아닌 여러 개 쓰겠다는 의미이다. 4G에서 쓰는 MIMO는 linear MIMO이다. 배치를 일차원적으로 하여 여러 개 안테나를 사용했었다. 허나 5G에서는 2차원으로 배치를 해서 다양하게 기능들을 사용하고 앞서 말한 beamforming도 잘 사용하고 있다.

⇒ 3번 기술 : Network slice

: 자원을 특정 포멧에 집중한다. 일종의 QoS 로 data보다 voice에 지원할당을 많이 한 것이 4G였다면 5G는 영상 data 등등 여러 포멧에 고도화 시킨 기술이라고 할 수 있다.

이러한 5G의 특징과 기술들은 현대 통신의 기본 개념들을 잘 포용하고 있는 좋은 예제라고 할 수 있다. 허나 핵심은 2가지이다.

(1) Mobility를 어떻게 지원하는가

(2) 고속 광대역화를 어떻게 지원하는가

통신이라는 것은 결국 ‘망’ 의 개념에서 벗어날 수 없다. 망은 switch, router의 집합으로써 이동통신에서는 core라고도 불릴 수 있고, 유선에서는 backbone 이라고도 불릴 수 있다.

허나 이러한 망에 500억개 이상의 단말이 있는게 요즘이기 때문에 망과 단말들 사이의 interaction 인 ‘통신’ 이 중요해질 수 밖에 없다.

이 때 성능을 높이기 위해 망을 만진 network는 intelligence network라고 불리우며 단말을 만진 network는 smart~device network 라고 불리운다. 참고로 단말이 smart 한 network 가 압도적으로 많아지고 있다.

여튼 아까 말했듯이 현재의 network는 고속화, 광대역화를 핵심으로 발전하고 있으며, mobility(이동성) 또한 중요시 되고 있다. 이 두가지 핵심 기술의 바탕은 Internet 이므로 all IP network 를 바탕으로 여러 기술들의 핵심을 바라보는 것이 좋다.

인터넷 분류 기준

• 크기 : 망의 크기에 따라 BAN, PAN, LAN, MAN, WAN 등등의 네트워크들이 있다.

• 기능별 : CPN 은 가입자 망으로써 집안 내부의 망이라고 볼 수 있고 BN은 BackBone network 로써 유선에서의 전체 망이라고 볼 수 있다. 이 중간에서 사용되는 network는 SAN으로 subscriber access network 즉, 접속할 떄 사용하는 network 가 있다

• 기업망 : 추가적으로 기업에서 쓰는 internet에도 용어가 붙었는데 intranet, extranet, internet 등등이 있다.

다시 말하지만 현재 시대에서는 단말이 압도적으로 smart해지고 빨라지고 있다. 따라서 어쩔 수 없이 거기에 맞춰 망역시 빨라지고 있다.

＃Convergence

통신에서의 융합은 3 layer로 설명이 된다.

일단 applications 는 여러가지 app 들이 공통으로 필요한 기능을 제공해주는 layer로써 service layer 라고도 불리운다. 그리고 이러한 service 들에 공통적으로 제공되는 요소, 보안 등등을 제공하는 것이 Enterprise services 이며 이것들의 전송하는 틀, 기반이 Infrastructure 이다.

즉, 통신을 솔직히 Applications – enterprise service – infrastructure 3가지가 융합된 상태라고 할 수 있는 것이다. 제일 대표적인 Convergence 로 data + voice 가 있다. (Voip)

통신의 흐름을 그림으로 나타낸 것이다. 각각의 화살표는 전기 또는 광케이블로 연결된 것이라고 보면된다.

또한 source, destination 은 데이터를 비트로써 다루기 떄문에 중간 통신용 장비들이 이러한 비트들을 설정된 프로토콜에 맞춰서 읽어가면서 전송해주는 망 역할을 해준다고 보면 된다.

일종의 변조 복조 장치로써 생각하면 편하다.

그리고 컴퓨터 네트워크에서 배웠겟지만 통신에는 여러 기능들이 있지만 비슷한 기능들을 얼추 묶으면 7개 정도로 나타낼 수 있다. 이게 OSI 7 layer라는 걸 기억하자.

＃Transmission Lines

전송선, 광케이블 등을 의미한다. 이 lines은 몇 가지만 고려하면 된다.

이 3가지이다. 딱 보면 이해하기 쉽다. 참고로 reliability는 무선일 경우 유선에 비해 낮다는 특징이 있다.

＃Transmission Services

어떻게 하면 망 통신 효율이 좋아질까? 는 큰 과제일 것이다. 한 라인에서 여러 통신을 동시에 하는 방식에 대한 Multiplexing을 어떻게 잘할 것인지, 전송할 데이터를 어떻게 압축을 시킬지에 대한 Compression 을 어떻게 잘 할 것인지에 대한 고민을 계속 해야 될 것이다.

Chapter 1(2)

학습 목차

• 통신망의 정의와 분류
• 인터넷
• 망 구성의 예

통신망의 개념을 익히고, 인터넷의 의미를 기원, 주 구성요소 일반적인 인터넷 구성 형태와 용어를 알아보며 익혀보자.

＃Networks

단말이 여러 개 있음에 자연스레 스위치, 라우터로 구성된 망이 출현하게 되었다.

현재 200억개 이상의 단말로 수가 증가하게 되어 이 망의 역할이 매우 중요해졌다. 엄청난 traffic을 적절하게 관리하며 capacity, simultaneously 하게 고속화 광대역화를 잘 이루어야 하며 이것을 기준으로 통신이 발달하고 있다.

시대의 유행 data에 맞춰서 network가 발전해왔다. 허나 결국에는 all-ip network로써 하나의 network 로 발전하게 될 것이라고 생각한다.

＃WAN

넓은 범위의 망으로써 여러 switching node의 집합이다. 또한 KT, SKT 같은 통신사업자들이 사용하는 망으로 보통 장거리 통신을 위해 깔리는 통신 인프라라고 생각하면 편하다.

＃망

1. 전화망 (circuit switching): 일종의 음성망으로써 전화국에서 자구 사용하는 직접 source들을 연결해주는 망이다. 돈 벌이가 안되는 망이다. 즉, 전화를 할 때, 상대방과 나의 음성 메시지가 원할히 오고 갈 수 잇는 길을 일일이 만들어주는 방식의 망이다.

2. Virtual circuit switching (가상회선망)
   • packet switching 조각들로 mix 시켜서 destination 까지 쫙 보내는 기술을 의미한다. 대표적으로 TCP/IP 가 있다. 즉 data를 packet 단위로 쪼개서 보내는 것으로 router를 통해 dest 로 데이터가 전송되는 특징을 가진 망이다.
   • 허나 다음과 같은 문제가 생길 수도 있다. A 에서 100Mb/s 로 데이터를 보낸 경우 Multiplexing line 은 1.5Mb/s 이므로 1.5개만 보내지고 나머지 98.5 개는 packet queue 에 쌓였다가 drop 된다. 이를 해결하기 위해 Flow control 를 도입하기도 하였다.
   • message s/w 초창기 데이터 전송 기술로 alpha net 이 있다. 교환기 사이의 data 단위가 message (file) 로써 공용으로 쓰기엔 단위가 커서 시간이 좀 걸린다는 단점이 있었다.
   • Frame relay (fast packet switching)Mbps 로 성능이 향상되었다. Frame relay 기능을 사용함으로써 error control, flow control 기능을 기반으로 속도를 향상시켰다. 망보다 단말 기능을 올린 것으로 망을 단순화 시킨 망이라고 할 수 있다.
   • Frame 이란 link 계층에서 데이터를 부르는 단위이다. 위에서 packet은 network 계층에서 데이터를 부르는 단위이다. 일단 frame relay는 link layer의 기술을 단말에 부담시키며 망을 단순화한 기술이다. 2Mbps 의 속도로 업데이트 되었는데 이 단위는 화상 data를 보낼 수 있는 범위를 나타낸다. ⇒ 이 역시 현재는 안쓴다.
   • cell switching (ATM) : Asynchronous Transfer Mode2000년 초 속도를 Gbps 까지 향상시킨 기술이다.때문에 Gbps 정도의 속도가 나오게 되어 동영상 데이터를 송수신하는데 부담이 없게 되었다. ⇒ 허나 요즘에도 좀 느린 거라고 생각할 수 있다.
   • ATM은 비동기 전송방식을 의미하는데 이 전송 방식은 cell 단위로 data를 보낸다. 즉 쪼개진 단위가 일정해 HW의 영향을 많이 받는데 요즈음 HW의 성능이 좋아 그만큼 속도가 잘나오게 된다. → circuit switching 과 packet switching 2개를 합친거라고 봐도 된다.
   • label switching (MPLS)

＃LAN

초창기 LAN은 Star LAN 구조였다. 중심에 hub가 있고 그 가지로 terminal 노드들이 있었다. 주로 회사에서 사용하는 망이 전부였다. 허나 이러한 망이 점점 발전하면서 WAN 구조로 발전되었고 home 영역까지 확장되었다.

＃The Internet

Internet의 고유명사형이다. 보통 인터넷이라고 하면 packet switching 기술을 사용하는 TCP/IP 프로토콜을 의미한다.

전세계의 보편적인 공용 네트워크로써 TCP/IP 가 전세계 표준으로 자리를 잡았다는 것을 알아두자.

＃Key Elements of the Internet (Router, Ethernet switch)

여기서 몇 가지 집고 넘어가자. 일단 Router 는 왜 layer 3 로 했을까? 일단 전세계 주소 체계를 어디로 보낼지 알기 위해서는 체계가 있어야 한다. 이 때 IP 는 잘 체계화 되어있지만 그에 반해 Mac address 는 제조업체에서 막 찍는대로 생기기 떄문에 일련번호의 체계가 없다.

즉, IP에 반해 MAC address 는 routing table 에서 관리하기가 힘들다. 이 이유로 IP 주소를 관리하는 layer 3 에 Router 를 두었고 MAC Address 는 따로 layer2 에 Ethernet switch 를 두어 관리하도록 하였다.

＃ISP

Internet Service Provider 를 의미한다. 주로 SKT, KT 같은 서비스 제공업자들을 의미한다. 이러한 망을 이용해 돈을 버는 사업자들을 NSP 로 부른다.

＃Internet Terminology

1. POPPoints of presence 로 서비스가 존재하는 점들을 의미한다.

2. NAPNetwork Access Point로 2개의 network가 만나는 지점을 의미한다.

3. COCentral Office 로 전화 교환국을 의미한다.

4. CPECustormer Premises Equipment 로 사용자가 내돈내산한 장비를 의미한다.

위의 내용을 정리하면 다음과 같다.