[데이터 통신] 물리 계층

 

 

데이터는 아날로그이거나 디지털이다. 

 

아날로그 데이터는 연속적인 정보이고 디지털 데이터는 이산적인 데이터이다.

예를 들어, 아날로그 시계는 시간,분,초침이 연속적인 형태로 정보를 준다.

반대로 디지털 시계는 8:05분에서 8:06분으로 바뀔때처럼 시간과 분이 갑자기 바뀐다.

 

 

 

 

 

Analog Signal

아날로그 신호는 단순(simple)하거나 복합적인(composite) 신호들로 구성된다.

 

 

Sign Wave

 

주기적 신호는 여러개의 sine waves로 이루어져있다.

 

sine waves란 

모든 아날로그 신호의 기본이되는 형태다.

 

 

1초에 12번 진동한다하고면 주기는 진동수에 반비례하므로 1/12초가 된다.

1초에 6번 진동한다고하면 주기는 1/6초가 된다.

 

예를 들어, 우리 가정에서 사용하는 전력의 진동수는 60Hz이다. 그렇다면 주기는 1/60(0.0116)초가 되는 것이다.

즉, 집에있는 전등이 0.0116초마다 깜빡이고 있다는 뜻이다.

 

 

Composite Signal

Composite Signal(복합신호)는 서로 다른 frequency, phase, amplitude들로 이루어져있는 sign wave의 조합이다.

 

 

Bandwidth

composite signal에 포함되어있는 진동수의 범위는  bandwidth라고도 불린다.

bandwidth는 일반적으로 두 숫자 사이에 차이인데 

예를들어 진동수가 1000과  5000을 포함하고 있다면, bandwidth는 (5000 - 1000) 4000인 것이다.

 

 

 

 

Digital Signal

 

디지털 신호는 예를 들어, 1과 0으로 positive voltage인지 zero voltage인지 구별하는 기능을 한다. 

디지털 신호는 두 level이상을 가질 수있고, 이 경우에는 각 level에서 1비트 이상을 보내기도 한다.

 

 

하지만 레벨이 많아질 수록 복잡해지고 그 값을 유지하는게 힘들고, 만약 3.5라는 level이 있을때 이것을 level4 로볼지 level3으로 볼지 신호를 다르게 볼 확률이 높아진다.

 

 

Bits Rate

 

대부분의 디지털 신호는 비주기적이다. 그러므로 주기와 진동수는 적절한 특성으로 나타낼 수 없다.

하지만 진동수 대신 bit-rate를 사용하여 디지털 신호를 표현한다. 

bit rate는 1초당 보내는 비트의 수로, bps로 표현된다.

 

예시)

 

 

 

 

 

Transmission of Digital Signal

 

우리는 디지털 신호를 전송할때 두가지 방법중 하나를 사용한다.

- baseband transmisson

- broadband transmission

 

Baseband Transmission

디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정 없이 Channel을 통해 디지털 신호를 전달하는 방법

 

Broadband Transmission

디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전송하는 방법

캡슐화는 bandpass channel을 사용할 수 있도록한다.

 

 

 

 

 

Transmission Impairment

 

신호는 완벽하지 못한 전송매체를 통해 전송되는데 불완전성은 신호 손상을 일으킨다.

 

손상의 세가지 원인에는 attenuation, distortion, noise가 있다.

 

Attenuation(감쇄)

Attenuation은 에너지의 손실을 의미한다.

 

신호가 매체를 통해 전송될 때, 매질의 저항을 극복하는 데 에너지의 일부를 잃는다.

이것이 전기신호를 전달하는 선이 뜨거워지는 이유이다. 즉, 전기신호가 열로 전환된다는 뜻이다.

 

Amplifier는 ring에 달려있다.

 

Distortion(왜곡)

 

distortion은 신호의 형태나 모양이 변하는 것을 의미한다.

 

- 왜곡은 다른 진동수로 이루어진 신호들로 인해 일어난다.

- 각자의 propagation speed가 다르기 때문에 발생할 수 있다.

 

Noise(잡음)

 

Noise는 손상의 다른 원인이다.

 

- thermal noise, induced noise, crosstalk, impulse noise같은 여러 잡음의 형태가 있다.

 

 

 

 

SNR(Signal-to-Noise Ratio)

 

 

SNR이 높을수록 좋다.

 

 

 

 

데이터 통신을 할 때 중요하게 고려해야할 점은 우리가 보내는 데이터가 얼마나 빨리 전송되는 가이다.

이를 계산하는 두가지 방법이 있는데 Nyquist의 noiseless channel 과 Shannon의 noisy channel 이있다.

 

noiseless channel

 

noisy channel

 

Performance(성능)

 

네트워킹에서 중요한 점은 성능이다. 

 

Bandwidth

- 네트워크 성능을 평가하는데 있어서 중요한 요소중 하나는 Bandwidth이다.

 

Bandwidth에서를 평가하는 요소는 두가지가 있다.

 

- Bandwidth in hertz

 

- Bandwidth in bps

 

이 두가지 방법은 bandwidth에 비례한다.

 

 

 

Throughput

 

네트워크를 통해 데이터를 전달할때 얼마나 빠른지에 대한 평가이다.

 

링크는 B bps 대역폭을 가질 수 있지만 T가 항상 B보다 작은 이 링크를 통해서만 T bps를 보낼 수 있다. ( T <= B)

 

 

 

Latency

 

Latency또는 지연은 메세지 전체가 완벽하게 목적지에 도달하는데 걸리는 시간이다.

 

이 시간은 propagation time + transmission time + queuing time + process delay 이다.

 

 

 

 

- 비트 에러를 검사함.

- output 링크를 결정

 

 

- 전송을 위한 output 링크에서 기다리는 시간

- 라우터의 혼잡성에 따라 다름.

 

 

- L : packet length (biths)

- R : link bandwidth (bps)

- L/R

 

 

- d : length of physical link

- s : propagation speed in medium (2 * 10^8)

- d/s