Chapter 7

1. Chapter 7 물리 계층과 전송 매체( Physical Layer and Transmission Media ) .

2. Chapter 7: 목차 7.1 데이터와 신호 7.2 디지털 신호 7.3 아날로그 전송 7.4 대역폭 활용 7.5 전송 매체

3. Chapter 7: 학습목표 • 1절에서는 데이터와 신호의 관계에 대해 논의한다. 그 후 디지털 또는 아날로그 데이터를 아날로그 또는 디지털 신호로 전환하는지 개략적으로 살펴본다. 또한 물리 채널의 성능과 수용량 등의 이슈에 대해 논의한다. • 2절에서는 디지털 전송에 대해 다룬다. 디지털 또는 아날로그 데이터를 디지털 신호로 전환하는지 논의한다. 그리고 아날로그 데이터를 디지털 신호로 전환하는 법에 대해서 살펴본다. • 3절에서는 아날로그 전송을 다룬다. 어떻게 디지털 데이터를 아날로그 신호로 전화하는지 논의한다. 또한 아날로그 데이터를 디지털 신호로 전환하는 법을 살펴본다. • 4절에서는 가용대역폭을 어떻게 효율적으로 사용하는지를 보여준다. 독립적이지만 서로 관련이 있는 다중화와 확산에 대해 논의한다. • 5절에서는 데이터와 신호 및 그들의 효율적인 사용을 논의한 이후에 본 장에서는 유도 및 비유도 매체를 통한 매체의 특성에 대해 논의한다. 전송 매체는 물리 계층 아래에서 운행하지만 물리 계층에 의해서 제어된다.

4. 7-1 데이터와 신호 그림7.1은 이전 장에서 살펴본 것과 같은 시나리오이지만 물리 계층에서 일어나는 통신방법에 대해 보여준다.

5. 그림 7.1: 물리 계층에서의 통신구조

6. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital) 데이터는 아날로그 또는 디지털이 될 수 있다. 아날로그 데이터란 연속적인 정보를 말한다. 디지털데이터는 이산값을 갖는다. 아날로그와 디지털 신호정보와 마찬가지로 신호도 아날로그나 디지털이 될 수 있다. 아날로그 신호는 전체 시간 동안 부드럽게 변화하는 연속적인 파형이다. 반면, 디지털 신호는 이산적이며, 1,0과 같이 제한된 수의 정의된 값만을 가질 수 있다. • 아날로그 신호 (Analog Signal) • 디지털 신호 (Analog Signal)

7. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 아날로그 신호 (Analog Signal) • 시간영역과 주파수영역 • 복합신호 • 대역폭 • 디지털 신호 (Analog Signal) • 비트율 • 비트길이 • 복합 아날로그의 신호로서의 디지털 신호 • 디지털 신호의 전송 • 기저대역 전송 • 광대역 전송 그림 7.2: 아날로그 신호와 디지털 신호의 비교

8. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 아날로그 신호 (Analog Signal) • 주기적(periodic) • 주기적 아날로그 신호는 주기(period)라고 불리는 측정 가능 시간 내에 특정 패턴을 갖추며 그 이후 동일 한 주기에 동일 한 패턴이 반복 • 단순신호,복합신호 분류 • 정현파 특성 : • 최대진폭(peak amplitude): 전송하는 신호의 에너지에 비례하는 가장 큰 세기의 절대값 • 주파수(Frequency) : 주기는 신호가 한 사이클을 완성하는데 필요한 시간의 양 • 위상(phase) : 시각 0시에 대한 파형의 상대적인 위치를 기술 그림 7.3: 정현파

9. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 아날로그 신호 (Analog Signal) • 비주기적(nonperiodic) • 비주기적 신호는 시간이 지나는 동안 반복되는 패턴이나 사이클 없이 변화. 데이터 통신에서 우리는 보통 주기적 아날로그 신호를 사용 그림 7.4: 주파수와 주기(위상과 진폭은 동일하지만 주파수가 다른 두 신호) 사이클(cycle): 하나의 완성된 패턴

10. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 아날로그 신호 (Analog Signal) • 시간영역과 주파수영역 • 정현파는 진폭, 주파수, 위상에 의해 포괄적으로 정의 • 시간영역 도면(time-domain plot) • 정현파 사용 표현, 시간에 대한 순간적인 진폭 • 주파수영역(frequency-domain plot) • 위상은 시간영역도표에서 명백하게 측정되지 않아 진폭과 주파수의 관계를 표현,주파수에 대한 최대 진폭 그림 7.5: 정현파의 시간영역과 주파수영역 도면

11. 예제 7.1 주파수영역은 우리가 두 개 이상의 정현파을 다룰 때 더욱 간편하고 쓸모가 있다. 예를 들면 그림7.6은 세 개의 정현파을 보여주는데, 각각 다른 진폭과 주파수를 가지고 있다. 각각은 주파수영역에서 새 개의 다른 뾰족점으로 표시된다. 그림 7.6: 세 정현파의 시간영역과 주파수영역 도면

12. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 아날로그 신호 (Analog Signal) • 복합신호(composite) • 단순 정현파가 한 곳에서 다른 곳으로 에너지를 전송할 때와 같은 일상에서 많이 응용. 그러나 전화를 통하여 대화를 전달할 때 하나의 정현파만을 사용한다면 아무 미 없이 아무 정보도 전송하지 못함 그래서 데이터 통신시 복합 신호를 전송 • 대역폭 (bandwidth) • 복합 신호에 포함된 주파수영역 • 예를 들어, 어느 복합 신호가 주파수 1,000부터 5000까지를 포함한다면 대역폭은 5,000~10,000 또는 4,000이된다 복합 신호의 대역폭은 신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수의 차이 그림 7.7: 주기 및 비주기 복합 신호의 대역폭

13. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 디지털 신호 (Analog Signal) • 데이터는 아날로그 신호 외에 디지털 신호에 의해서도 표현 디지털 신호는 두 개보다 더 많은 준위를 가짐 그림 7.8: 두개의 신호 준위를 갖는 것과 네 개의 신호 준위를 갖는 두 신호 • 비트율 • 대부분의 디지털 신호는 비주기적이서 주기나 주파수를 상요할 수 없다. 주파수 대신 비트율이라는 새로운 용어가 디지털 신호를 기술하는데 사용, 비트율(bit rate)은 시간당 비트 간격의 개수 • 1초 동안 전송되는 비트의 수를 의미, 일반적으로 bps(bits per second)로 표현

14. 예제 7.2 텍스트 자료를 매 분당 100페이지를 다운로드 받아야 한다고 하자. 채널당 필요 대역폭은? 각 페이지는 줄당 80개의 문자로 된 24개의 줄로 되어 있다. 각 문자당 8비트를 필요로 한다고 가정하면 비트율은 다음과 같다.

15. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 디지털 신호 (Analog Signal) • 비트 길이(bit length) • 한 비트가 전송 매체를 통해 차지하는 길이 • Bit length = propagation speed ⅹbit duration • 복합 아날로그의 신호로서의 디지털 신호 • 디지털신호는 급작스러운 변화로 인해 실제로는 무한대의 주파수를 갖는 복합신호, 디지털 신호의 대역폭은 무한대 • 시간영역에서의 디지털신호는 수직선과 수평선으로 구성 되고 수직선은 무한대의 주파수를 의미, 수평선은 주파수 0을 의미, 주파수로 가는 것은 영역 내에 그 사이의 모든 주파수를 포함한다는 것을 의미 그림 7.9:주기 및 비주기 디지털 신호의 시간 및 주파수 영역

16. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 디지털 신호 (Analog Signal) • 디지털 신호의 전송 • A지점에서 지점B로 어떻게 디지털 신호를 보내기 위해 기저대역 전송 또는 광대역 전송의 방식으로 디지털 신호 전송 • 기저대역 전송 • 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸지 않고 있는 그대로 채널을 통해 전송하는 방법, 주파수 0부터 시작하는 대역폭을 갖는 저대역 통과 채널(low-pass channel)이 필요, 오직 하나의 채널만을 위해 전용으로 사용되는 매체를 필요로 한다는 것을 의미 그림 7.10:기저대역 전송

17. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 디지털 신호 (Analog Signal) • 광대역 전송 • 광대역 전송 또는 변조는 디지털 신호를 전송하기 위해 아날로그 신호로 전환하는 것을 의미, 변조를 하면 띠대역 통과 채널(bandpass channel)을 사용하여 전송 이때 채널의 대역은 주파수 0부터 시작하지 않음, 이런 종류의 채널이 저대역 통과 채널보다 더 쉽게 구함 • 저대역 통과 채널은 낮은 주파수가 0부터 시작하는 띠대역 통과 채널이라고 볼 수 있다는 것 유의, 그림7.12는 디지털 신호의 변조를 보여줌 그림 7.11: 띠대역 통과 채널의 대역폭

18. 7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) • 디지털 신호 (Analog Signal) 그림 7.11: 띠대역 통과 채널에서 전송하기 위한 디지털 신호의 변조

19. 예제 7.4 변조를 사용하는 광대역 전송의 예로는 가입자의 가정과 중앙 전화국을 연결하는 전화선을 통해 컴퓨터의 데이터를 보내는 것이 있다. 이 회선은 제한적인 대역폭(주파수0부터 4kHz)을 사용하여 음성(아날로그 신호)을전달하기 위해 설계된 것이다. 비록 이 채널을 저대역 통과 채널로 사용할 수도 있지만 보통 띠대역 통과 채널로 취급한다. 그러한 이유 중 하나는 대역폭이 너무 협소해서 이 채널을 저대역 통과 채널로 취급하여 기저대역 전송을 하면 최대 전송률이 8kbps밖에 안되기 때문이다. 이에 대한 해법으로 채널을 띠대역 통과 채널로 보고 디지털 신호를 아날로그 신호로 전환하여 아날로그 신호를 전송하는 것이다. 수신자 쪽에는 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 전환기와 그 역으로 전화하는 전환기의 두 전환기를 장착할 수 있다. 이 경우의 전환기는 5장에서 논의한 바 있으며 모뎀(modem, modulator/demodulator)이라고 부른다.

20. 예제 7.5 두 번째 예로는 디지털 휴대전화이다. 더 나은 수신을 위하여 휴대전화는 음성 신호를 디지털 신호로 바꾼다(16장 참조). 디지털 휴대전화 서비스를 제공하는 회사에 할당된 대역은 매우 넓지만 디지털 신호를 변조하지 않고 전송할 수 없다. 그 이유는 전화 거는 사람과 받는 사람 사이에서 띠대역 통과 채널만을 사용해야 하기 때문이다. 예를 들면 만일 가용대역폭 W이고 1,000쌍이 동시에 통화할 수 있다면 각 통화에 사용할 수 있는 대역폭은 W/1,000이 되어 전체가 아니라 그 중 일부가 되는 것이다. 전송 전에 디지털화된 음성을 복합 아날로그 신호로 변조해야 한다. 디지털 휴대전화는 아날로그 음성 신호를 디지털로 바꾸고 다시 띠대역 통과 채널에 보낼 아날로그 신호로 변조하는 것이다.

21. 7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) 신호는 완전하지 못한 전송 매체를 통해 전송된다. 신호가 매체를 통해 전송도리 때 장애가 발생, 이것은 신호가 매체의 시작과 끝에서 같지 않음을 의미, 보내는 것을 그대로 받는 것이 아니라 보통 감쇠(attenuation), 일그러짐(distortion), 잡음(noise) 이라는 세가지 종류의 장애가 발생한다. • 감쇠(attenuation) • 일그러짐(distortion) • 잡음(noise) • 신호-대-잡음 비 SNR(Signal-to-Noise Ratio)

22. 7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) • 감쇠(attenuation) • 에너지 손실 의미, 신호가 매체를 통해 이동할 때 매체의 저항을 이겨내기 위해서는 약간의 에너지가 손실, 그것은 전기적 신호를 운반하는 전선이 따듯하고 신호에서 일부 전기적 에너지는 열로 바뀜, 이러한 손실을 줄이기 위해 신호를 증폭시키는 증폭기 사용 • 신호의 손실된 길이나 획득한 길이를 보이기 위해, 공학자는 데시벨이라는 개념을 사용한다. 데시벨(dB,decibel)은 2개의 다른 점에서 두 신호 또는 하나의 신호의 상대적 길이를 측정, 데시벨은 신호가 감쇠되면 음수, 증폭되면 양수이다. • dB = 10 log10( P2/ P1) 그림 7.13: 감쇠와 증폭

23. 예제 7.6 신호가전송 매체를 통해 이동하고 있고 전력이 반으로 줄었다고 상상해 보자. 이것은 P2=(1/2)P1을 의미한다. 이 경우 감쇠(전력손실)는 다음과 같이 계산할 수 있다. -3 dB 또는 3dB 손실이 전력의 절반을 손실한 것과 같다는 것을 알 수 있다.

24. 7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) • 일그러짐(distortion) • 신호의 모양이나 형태가 변하는 것을 의미, 반대되는 신호를 발생시키거나 다른 주파수의 신호를 만듬, 각 신호 요소는 매체를 통과하면서 자신만의 전파 속도를 갖음, 그러므로 마지막 목적지에 도착 시 자신만의 지연을 갖음, 수신자에서의 신호 구성 요소는 송신자가 보낸 신호와는 다른 위상을 갖음 그림7.14는 복합 신호에 대한 일그러짐의 영향을 보여줌 그림 7.14: 일그러짐(왜곡)

25. 7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) • 잡음(noise) • 잡음은 또 다른 문제열잡음, 유도된 잡음, 혼선 그리고 충격잡음과 같은 여러 형태의 잡음은 신호를 변화 시킴 • 열잡음 • 전달자에 의해 보내진 원래의 것이 아닌 임의의 신호가 생성된 전선에 있는 전자의 임의의 움직임 • 유도된 잡음 : 모터나 기구와 같은 원천으로부터 발생 • 혼선 • 하나의 전선이 다른 것에 미치는 효과 하나의 전선은 안테나에 보내는 역할을 하고 다른 전선은 안테나로부터 받는 역할을 한다. • 충격잡음 : 전기선에서 발생하는 스파이크나 빛을 말함 그림 7.15: 잡음

26. 7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) • 잡음(noise) • 신호-대-잡음 비 SNR(Signal-to-Noise Ratio) • 이론적인 비트율의 한계를 알기 위해서는 잡음의 전력에 대한 신호 전력의 비를 알아야 함 • 우리는 평균 신호 전력과 평균 잡음 전력을 고려해야 하는데 그 이유는 이들의 전력이 시간에 따라 바뀜 그림 7.16은 SNR에 대한 개념 • SNR은 실제로 원하지 않은 것(잡음)에 대한 원하는 것(신호)의 비이다. 높은 SNR은 신호가 잡음에 의해 덜 망가지는 것을 의미, 낮음 SNR은 잡음으로 신호가 더 망가진다는 것을 의미 • SNRdB = 10 log10 SNR 그림 7.16:SNR 의 두 경우 : 고 SNR과 저 SNR

27. 7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) • 매우 중요한 질문은 채널을 통해 매 초 몇 비트를 얼마나 빨리 데이터를 전송할 수 있는가 하는 것이다. 데이터 전송률은 다음의 세 요소에 의해 좌우된다. • 가역대역 폭 • 사용 가능한 신호 준위 • 채널의 품질(잡음의 정도) • 데이터 전송률을 계산할 수 있는 두 가지 이론적 수식이 있는데, 하나는 잡음이 없는 채널에서 사용하는 나이퀴스트(Nyquist) 수식이고 다른 하나는 잡음이 있는 채널에서 사용하는 섀논(Shannon)수식이다. • 무잡음 채널(Noiseless Channel): 나이퀴스트 전송률(Nyquist Bit Rate) • 잡음이 있는 채널(Noisy Channel): 섀논용량(Shannon Capacity) • 두 가지 한계를 사용하기

28. 7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) • 무잡음 채널 : 나이퀴스트 전송률 • 잡음이 없는 채널의 경우에는 나이퀴스트 전송률(Nyquist Bit Rate)이 • 이론적인 최대 전송률을 정의 • BitRate = 2 ⅹ B ⅹ log2L • 이 수식에서 대역폭은 채널의 대역폭이고 L은 데이터를 나타내는 데 사용한 신호 준위의 개수이며 전송률은 매 초당 비트 수 • 신호 준위를 늘리면 시스템의 신뢰도 떨어짐 • 공식에 따라 대역폭이 주어지면 임의로 신호 준위의 개수를 늘려서 임의의 비트율을 달성할 수 있을 것이라 생각하지만 실질적으로 한계가 있다,신호 준위의 수를 늘리면 수신자 쪽에 부담을 주는것이 된다, 신호 준위가 단지 2개이면 수신자는 신호를 0과 1로 쉽게 구별 가능 , 신호 준위가 64개라면 수신자는 64개의 서로 다른 신호를 구별하기 위해 매우 정교해야 함

29. 예제 7.7 잡음 없는 20kHz의 대역폭을 갖는 채널을 사용하여 265kbps의 속도로 데이터를 전송해야 한다. 몇 개의 신호 준위가 필요한가? 나이퀴스트 공식을 다음과 같이 사용할 수 있다. 위 계산 결과는 2의 지수승이 아니므로 신호 준위 개수를 늘이거나 줄여야 한다. 128개의 준위를 사용하면 비트율은 280kbps이다. 64개의 준위를 사용하면 비트율은 240kbps이다.

30. 7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) • 잡음이 있는 채널: 섀논용량 • 실제에서는 무잡음 채널은 없다. 모든 채널은 항상 잡음이 존재,1944년 글로드 섀논이 섀논용량(Shannon Capacity)이라는 잡음이 있는 채널에서의 최대 전송률을 결정하는 수식을 발표 • C= B ⅹ log2 (1 + SNR) • 이 식에서 대역폭은 채널의 대역폭, SNR은 신호에 대한 잡음 비율, 용량은 bps 단위의 채널 용량을 가르킴, 신호-대-잡음 비는 잡음의 전력에 대한 신호의 전력의 통계적 비율, 섀논 수식에는 신호의 준위 개수가 없다는 것에 주목, 이는 몇 개의 준위를 사용하든 채널의 전송 한계 이상의 전송률을 달성할 수는 없다는 것을 말함 • 이 수식은 채널의 특성을 정의하는 것이지 전송 방법을 정의하는 것은 아님

31. 예제 7.8 신호-대-잡음 비의 비율값이 거의 0인, 거의 잡음에 가까운 채널을 생각해 보자. 다시 말 해, 잡음이 너무 강해서 신호가 약해진다. 이 채널에 대한 용량을 계산하면 다음과 같다. 이것은 채널의 용량이 0이다. 대역폭은 고려되지 않았다. 다른 말로 하자면 이 채널로는 어떤 데이터도 보낼 수 없다.

32. 예제 7.9 우리는 일반 전화선의 이론적 최고 비트율을 계산할 수 있다. 일반적으로 전화선은 데이터 통신을 하기 위해 3,000Hz가 할당된 대역폭(300~3,000Hz)을 가진다. 신호-대-잡음 비는 대개 3,162이다. 이 채널을 위한 용량을 계산하면 다음과 같다. 계산 결과는 즉 전화선의 최고 비트율이 34,881 kbps라는 의미이다. 만일 이보다 더 빠르게 데이터를 보내고 싶다면, 라인의 대역폭이나 신호-대-잡음 비를 높여야 할 것이다.

33. 7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) • 두 가지 한계를 사용하기 • 실제에 있어서는 어떤 신호 준위의 어떤 대역폭이 필요한지 알기 위해 두 가지 방법을 모두 사용한다. 예를 들 어 보자

34. 예제 7.10 1Mhz의 대역폭을 갖는 채널이 있다. 이 채널의 SNR은 63이다. 적절한 전송률과 신호 준위는 무엇인가? 해답 우선, 상한을 구하기 위해 섀논 수식을 사용 비록 섀논 수식으로부터 6Mbps의 전송률을 구했으나 이는 상한일 뿐이다. 더 나은 성능을 위해 조금 낮은 값, 예를들어 4Mbps를 택한다. 그 이후에 신호의 준위를 구하기 위해 나이퀴스트식을 사용한다. 섀논 용량은 상한값을 알려주고 나이퀴스트 공식은 몇 개의 신호 준위가 필요한지를 알려 준다

35. 7.1.4 성능 (Performance) 지금까지는 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 도구(신호)와 어떻게 신호가 행동하는지에 대해 논의하였다. 네트워크에서의 주용한 문제 하나는 네트워크의 성능 즉 네트워크가 얼마나 좋은가 하는 것이다. 우리는 서비스 품질, 네트워크 성능의 전반적인 측정에 대해 논의하고 자세한 내용은 8장에서 살펴본다.

36. 7.1.4 성능 (Performance)(계속) • 대역폭(attenuation) • 헤르쯔 단위의 대역폭(Bandwidth in Hertz) • 비트율 단위의 대역폭(Bandwidth in Bits per Seconds) • 관계(Relationship) • 처리율(Throughput) • 지연(Latency (Delay)) • 대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product) • 파형난조(Jitter)

37. 7.1.4 성능 (Performance)(계속) • 대역폭(attenuation) • 헤르쯔 단위의 대역폭(Bandwidth in Hertz) • 헤르쯔(Hz)단위의 대역폭은 복합 신호에 포함된 주파수영역 또는 채널이 통과시킬 수 있는 주파수 영역을 말함 (ex 가입자 전화선의 대역폭 4kHz) • 비트율 단위의 대역폭(Bandwidth in Bits per Seconds) • 대역폭은 채널이나 링크 또는 심지어 네트워크가 통과시킬 수 있는 초당 비트 수를 일컫을 때가 있음 (ex 고속이더넷이 최대 100Mbps의 대역폭을 갖는다고 말함) • 관계(Relationship) • 기본적으로 헤르쯔 단위의 대역폭이 늘어나면 비트율 단위의 대역폭도 늘어남, 둘 사이의 관계는 기저대역전송을 하느냐변조 전송을 하느냐에 좌우됨

38. 예제 7.11 가입자 회선의 대역폭은 음성이나 데이터에 대해 4kHz이다. 이 회선을 사용하여 데이터를 전송하는 경우에는 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 최대 56,000 bps의 전송 속도를 가질 수 있다. 전화 회사가 회선을 품질을 개선하여 8kHz까지 대역폭을 높인다면 최대 112kbps의 전송 속도를 낼 수 있다.

39. 7.1.4 성능 (Performance)(계속) • 처리율(Throughput) • 처리율(throughput)은 어떤 지점을 데이터가 얼마나 빠르게 지나가는지를 측정 • 비트율 단위의 대역폭이나 처리량이 동일해 보이나 둘은 서로 다름 • 대역폭은 링크의 잠재 성능 측정치이며 처리량은 얼마나 빠르게 데이터를 전송할 수 있는지의 실제 전송 속도(ex 대역폭 1Mbps인 링크에 연결된 장치가 오직 200kbps의 속도로 전송) • 지연(Latency (Delay)) • 발신지로부터 첫 번째 비트가 목적지를 향해 떠난 후에 온전히 전체 메시지가 모두 목적지에 도착할 때까지 소요된 시간, 지연은 전파 시간, 전송 시간, 큐 시간 및 처리 시간의 네 가지 요소로 구성 • Latency = propagation delay + transmission delay + queuing delay + processing delay.

40. 7.1.4 성능 (Performance)(계속) • 대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product) • 대역폭과 지연은 링크의 두 가지 성능 지표임, 데이터 통신에 있어서 매우 중요한 것은 • 이 두 요소의 곱인 대역폭-지연 곱, 이에 대해 두 가지 예를 보자 (그림 7.17) • 첫 번째의 경우 • 대역폭이 1 bps(실제적이지 않지만 설명의 목적으로 사용)의 링크가 있다고 가정 • 링크의 지연 시간이 5초라 가정, 대역폭-지연 곱이 이 경우에 무엇을 의미하는지 알아보자 • 그림 7.17의 cas1 을 보면 이 곱인 1*5는 링크를 채울 수 있는 최대의 비트 개수인 것을 볼 수 있음 • 이 예제에서 링크에는 5개보다 많은 비트가 존재할 수 없음 • 두 번째의 경우 • 이제 대역폭이 4bps인 링크를 가정, 그림7.17의 case 2에서는 최대 4 ⅹ 5 = 20개의 비트가 회선에 있을 수 있다는 것을 보여줌그 이유는 매 초 4개의 비트가 회선에 있게 되며 각 비트 시간은 0.25초이기 때문 그림 7.17: 첫 번째, 두 번째 경우에서의 링크를 비트로 채우기

41. 예제 7.12 링크를 두 지점을 연결한 파이프로 볼 수 있다. 파이프의 단면은 대역폭이고 파이프의 길이는 지연을 나타낸다고 볼 수 있다. 그림 7.18에서 보듯이 파이프의 부피는 대역폭-지연 곱이다. 그림 7.18: 대역폭-지연 곱의 개념

42. 7.1.4 성능 (Performance)(계속) • 파형난조(Jitter) • 지연과 연관된 또 다른 성능은 파형난조(jitter) • 난조는 서로 다른 데이터 패킷이 서로 다른 지연 신간을 갖게 되어 생기며 수신자 쪽의 음성이나 화상처럼 시간에 민감한 응용 시스템이 겪는 문제 • ex)첫 번째 패킷이 지연이 20ms 이고 두 번째 것은 45ms이고 세 번째 것은 40ms라면 이 패킷들은 사용하는 실시간 응용은 난조를 겪음

43. 7-2 디지털 전송 컴퓨터 네트워크는 네트워크 안의 한 지점으로부터 다른 지점으로 정보를 전송하기 위해 설계, 네트워크 설계시 정보를 디지털 신호로 바꿀 것인지 아날로그 신호로 바꿀 것인지 두 가지 중 하나를 선택 가능, 본 장에서는 디지털 신호를 사용하는 것에 대해 논의 기술방식에는 디지털-대-디지털 변환 방식과 아날로그-대-디지털 변환(analog-to-digital convension)을 이용해야 함

44. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion) (계속) 이 절에서는 디지털 데이터를 어떻게 디지털 신호로 나타내는지를 알아본다. 변환에는 세 가지 기술이 있다. 회선 코딩, 블록 코딩 및 뒤섞기가 그것이다. 회선 코딩은 항상 필요하며, 블록 코딩이나 뒤섞기는 필요할 수도 아닐 수도 있다. • 회선 코딩(Line Coding) • 극형 • 양극형 • 다준위방식 • 블록 코딩(Block Coding) • 4B/5B 코딩 • 8B/10B 코딩 • 뒤섞기(Scrambling) • B8ZS 코딩 • HDB3 코딩

45. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion) (계속) • 회선 코딩(Line Coding) • 일련의 비트인 이진 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업 • 회선 코딩의 용어 정의 • N : 데이터 전송률(데이터율, 비트율), 1초당 전송된 데이터 요소의 개수 • bps: 초 당 비트수 • r : 매 신호 요소당 전송되는 데이터 요소의 개수를 나타냄 • S: 신호 전송률(신호율), 1초당 전송된 신호 요소의 개수 • 데이터율과신호율 사이의 관계는 다음과 같이 나타냄 • Save = c ⅹNⅹ (1/r) 그림 7.19: 회선 부호화와 복호화

46. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion) (계속) • 회선 코딩(Line Coding) • 극형 • ` 극형 부호화 방법(polar schemes)은 양과 음의 두 가지 전압 준위를 같이 사용 • 비영복귀(NRZ, non-return-to-zero) • NRZ-L, NRZ-I 준위 신호 사용 • RZ(Return-to-zero) • 신호의변화가 한 비트 구간 발생 • 맨체스터(Manchester) • RZ, NRZ-L 결합 • 차분 맨체스터(Differ-ential Manchester) • RZ, NRZ-I 결합 그림 7.20: 극형

47. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion) (계속) • 회선 코딩(Line Coding) • 양극형 • 다준위 2진수라고 불리는 양극형 부호화 방법(bipolar schemes)은양,음 및 영의 세 가지 전압 준위를 사용, 흔히 사용되는 양극형 부호화는 양극 AMI라 하고 AMI 부호화를 변형한 것이 가삼진수(pseudoternary)라 함 그림 7.21: 양극형 방식:AMI 및 가삼진

48. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion) (계속) • 회선 코딩(Line Coding) • 다준위 방식 • ` 데이터 율을 증가시키려는 노력 또는 대역폭 요구량을 줄이려는 노력으로 인해 많은 다른 부호화 방식 생성함, 목표는 n개의 신호 요소패턴을 사용하여 m개의 데이터 요소의 패턴을 표현함으로써 단위 보호당 비트 수를 증가, 그림 7.22는 2B1Q, 8B6T 신호의 예 그림 7.22: 다준위: 2B1Q와 8B6T

49. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion)(계속) • 블록 코딩(Block Coding) • mB/nB 부호화라 불리며, 동기화, 오류 탐지를 확보하기 위해 여분의 비트가 필요 시 사용하며 블록 코딩의/표시를 사용하여 블록 코딩이/표시가 없는 다중회선 코딩이 아닌 것을 나타냄, 블록코딩은 보통 나누기, 대치, 조합의 세 단계로 구성 그림 7.23: 블록 부호화 개념

50. 7.2.1 디지털-대-디지털 변환(Digital to Digital conversion) (계속) • 블록 코딩(Block Coding) • 4B/5B 코딩 • 4이진/5이진(4B/5B) 코딩은 NRZ-I와 혼합하여 사용하기 위해 고안 • NRZ-I 는 이상(biphase)의 신호율의 절반 좋은 신호율 갖지만 동기화문제 • NRZ-I 방식으로 변환전 연속된 0이 생기지 않도록 비트 스트림 변경 • 4B/5B에서 데이터의 각 4비트를 5비트 코드로 변경 그림 7.24: NRZ-I 회선 부호화 방식과 함께 4B5B 블록 부호화를 사용하기