컴퓨터 네트워크 중간 대비 (3)

Transmission Media

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전송 매체란 무엇인가?

 

전송 매체는 정보(출처)에서 목적지까지 데이터를 전달할 수 있는 모든 것을 의미한다.

전송 매체는 실제로 물리 계층 아래에 위치하며 물리 계층에 의해 직접 제어된다.

따라서 전송 매체를 "계층 0"으로 간주할 수 있다.

 

물리 계층과 전송 매체의 관계

 

 

Classes of transmission media

 

Guided Media (유도매체)

 

유도 매체는 장치 간 신호를 전달하기 위한 통로를 제공하는 매체이다. 주요 유형은 다음과 같다.

 

1. Twisted-pair cable

두 개의 구리 도체가 각각 플라스틱 절연체로 감싸져 있으며 서로 꼬여 있다.

- 하나의 선은 신호를 전달하고, 다른 선은 접지 역할(ground reference) 을 한다.

- 외부 간섭.노이즈 (interference.noise)와 crosstalk 가 발생할 수 있다. 

 

- 비차폐 꼬임선 (Unshielded Twisted-pair(UTP)) VS 차폐 꼬임선 (Shielded Twisted-pair) cable

-- STP는 금속 호일(metal foil) 또는 브레이드 메쉬(braided-mesh)를 사용하여 간섭(노이즈) 및 누화(crosstalk)를 방지하며, 이는 두 선에 영향을 미쳐 원치않는 신호를 생성할 수 있다.

 

2. Coaxial Cable (동축 케이블)

 

- 동축 케이블(또는 coax)은 꼬임선 케이블보다 더 높은 주파수의 범위(higher frequency ranges)의 신호를 전달한다.

- 동축 케이블은 절연체(insulating sheath)로 둘러싸인 중심 코어를 포함한다.

 

동축 케이블

 

동축 케이블의 구조와 감쇠 특성

 

동축 케이블의 구조

Plastic cover : 케이블의 외부를 보호하는 역할

Insulator(절연체) : 내부 도체와 외부 도체를 분리하여 전기적 간섭을 방지함

Inner conductor(내부 도체) : 신호를 전달하는 중심 도체로, 일반적으로 구리 또는 알루미늄으로 제작된다.

Outer conducotr(외부 도체) : 금속 호일 또는 브레이드 형태로 구성되어 신호 간섭과 전자기파 방해를 차단한다.

 

감쇠 그래프

주파수 - 감쇠(attenuation) 그래프 

감쇠란, 신호가 전송 도중 약해지는 현상이다.

1. 주파수가 높아질수록 감쇠가 심해진다.

2. 케이블 직경이 클수록 감쇠가 작다.

-> 고주파를 멀리 전송하려면 감쇠를 줄이기 위해 굵은 케이블을 써야함.

-> 좁은 공간이나 짧은 거리에서는 감쇠가 작으니 얇은 케이블도 괜찮을 수 있다.

 

 

3. Fiber-Optic Cable (광섬유 케이블)

 

- 광섬유 케이블은 유리 또는 플라스틱으로 만들어지며 신호를 빛의 형태로 전달한다.

- 물질을 통과하는 빛이 다른 물질에 들어가면 광선은 방향을 바꾼다.

 

광섬유를 이해하기 위해, 우리는 자연광의 특성을 알아야한다.

- 빛은 하나의 균일한 물질을 통과하는 한 직선으로 이동한다.

- 한 물질을 통과하는 광선이 갑자기 (밀도가)다른 물질로 들어가면 광선은 방향을 바꾼다.

 

Bending of light ray

 

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Unguided Media : Wireless (비유도형 매체 : 무선 전송)

비유도형 매체는 물리적 도체(physical conductor) 없이 전자기파(electromagnetic wave)를 전달한다.

이러한 유형의 통신은 무선 통신이라고 불린다.

신호는 일반적으로 자유 공간 (free space) 를 통해 방송되므로 수신할 수 있는 장치를 가진 사람이라면 누구나 사용할 수 있다.

 

위 그림은 무선통신에 사용되는 3KHz 에서 800THz 까지의 전자기 스펙트럼(electromagnetic spectrum)의 일부를 보여준다.

 

전자기 스펙트럼

 

Propagation Method (통신 방식)

- Ground propagation (지면 전파)

저주파 신호(low-frequency)가 송신소에서 모든 방향으로 방출된다.

통신 거리는 신호 강도에 따라 결정된다.

 

- Sky propagation (대기 전파)

고주파 라디오파가 이온층(ionosphere)으로 방출(upward)된 후 지구로 반사된다.

 

- Line-of-sight (LOS) propagation (직선 전파) 👉 요즘 많이 사용한다.

초고주파 신호가 안테나 간 직접 전송된다.

안테나는 방향성(서로 바라봐야한다.)이 있어야 하며, 지구 곡률(survature of the earth)의 영향(affected)을 피하기 위해 충분히 높거나 가까워야 한다.

 

 

 

 

• 시험 준비 중이라면 최소한 아래 정도는 외워두면 좋다:
  • VHF: 30~300 MHz (라디오, 방송)
  • UHF: 300~3000 MHz (TV, Wi-Fi, 휴대폰)
  • SHF: 3~30 GHz (위성통신, 5G)
  • ELF: 3~30 Hz (잠수함 통신)

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Radio Wave

 

라디오파와 마이크로파 사이에는 명확한 구분(clear-cut demarcation)이 없지만, 3kHz 에서 1GHz 사이의 주파수 범위의 전자기파를 일반적으로 아디오파 라고 부른다. 1GHz 에서 300GHz 사이의 주파수 범위의 파동을 마이크로파 라고 부른다.

 

그러나 분류 기준으로는 주파수보다는 파동이 더 나은 기준이다. 

 

Microwaves

 

마이크로파는 단방향성이다.

안테나가 마이크로파를 송신할 때 신소는 좁게(narrowly) 집중될 수 있다. 이는 송신 안테나와 수신 안테나가 정렬되어야 함을 의미한다.

단방향성의 명확한 장점은 두개의 안테나 쌍이 다른 안테나 쌍과 간섭 없이 정령될 수 있다는 점이다.

 

- Omnidirectional Antenna (전방향성 안테나)

모든 방향으로 신호를 송출한다.

응용분야 : 멀티 캐스팅 | 하나의 송신자가 여러 수신자에게 신호를 전달한다. 예) AM/FM 라디오, TV 방송

 

- (uni)directional Antenna : beamforming (단방향성 안테나)

Parabolic dish antenna

포물선 기하학에 기반을 둔다.

대칭 축과 평행한 모든 곡선에서 반사되어 모든 선이 초점이라는 공통 지점에서 교차한다.

 

Horn antenna (뿔)

거대한 스쿱 모양을 가진다. 

 

 

Infrafed (적외선)

적외선 파장은 주파수가 300GHz에서 400 THz(파장 길이는 1mm에서 770 nm) 사이이며 단거리 통신(short-range communication)에 사용될 수 있다.

적외선 파장은 높은 주파수를 가지며 벽을 관통(penetrate)할 수 없다. 이러한 유리한 특성은 한 시스템과 다른 시스템 간 간섭을 방지한다.

한 방에서 단거리 통신 시스템을 사용할 때 옆 방에서 다른 시스템에 영향을 받지 않는다.

우리가 적외선 리모컨을 사용할 때 이웃이 사용하는 리모컨에 간섭하지 않는다.

 

- 적용

적외선 대역은 데이터 통신에 매우 뛰어난 잠재력을 갖고 있다.

IrDA(적외선 데이터 협회):

적외선 파장의 사용을 지원한다.

IrDA 포트: 최대 8미터 거리 내에서 75kbps (또는 4Mbps)의 데이터 속도를 지원한다

응용 분야에는 PC와 키보드간 통신이 포함된다.

직선 가시성이 필요하다.