Data Communications 제 8 장 전송매체

목 차 8.1 유선매체 (Guided Media) 8.2 무선매체 (Unguided Media) 8.3 전송경로의 불완전성 전기신호의 전송을 위해 전송의 매개체인 전송매체 필요 정보를 실제로 전송하는 물리적 통로 유선매체 : 전자기적, 공학적 신호를 전송하는 물리적 도체기반 무선매체 : 특별한 물리적 도체없이 전자기적 신호를 송수신 8.1 유선매체 (Guided Media) 8.2 무선매체 (Unguided Media) 8.3 전송경로의 불완전성

8.1 유선매체 (1/12) 장비간의 연결 통로(path)를 제공하는 케이블 형태 의 전송 수단 물리적 특성에 따라 트위스티드페어, 동축케이블, 광케이블로 구분

트위스티드 케이블 (Twisted-Pair Cable) 두개의 구리도선이 꼬아진 형태로 구성 물리적 구조 두 개 이상의 꼬아진 구리도선으로 구성 : 접지선, 신호선 케이블 안의 특정 도선을 색깔 있는 플라스틱으로 피복 전송특성 두 선을 서로 꼬아서 서로 간섭에 대한 영향을 줄임 각 쌍은 1인치 당 꼬인 횟수가 서로 다르도록 구성하여 전자기 적 간섭을 최소화 함 종류 외부의 전자계, 다른 전송선에서 유도되는 전자계 영향을 차 단하기 위해 얇은 금속막 금속막의 유무에 따라 UTP(Unshielded Twisted-Pair) 케이블 STP(Shielded Twisted-Pair) 케이블 두 도선이 평행상태이면 한선이 흐르는 신호는 다른 선에 간섭을 일으킨다. 두 도선이 직각상태이면 두선이 서로 간섭을 거의 받지 않는다.

UTP 케이블 (Unshielded Twisted-Pair Cable) 네 쌍 이상의 꼬인 선을 금속 박막에 의한 차단 없이 최종 외부 피복으로 감싼 구조 회선의 성능에 따라 Category 1~ 6등급으로 나눔 등급 전송 속도 쓰이는 곳 Category 1 낮은 전송 속도 일반 전화회선에 사용 Category 2 4Mbps 음성통신 및 낮은 속도의 데이터 통신에 사용 Category 3 10Mbps Ethernet 10Base-T Category 4 16Mbps Token-Ring 과 10Base-T 에 주로 사용됨 Category 5 100Mbps 100Base-T와 10Base-T 같은 고속 회선에 사용됨 Category 6 1Gbps 옥내 수평 배선망(350MHz), 100Base T, IEEE 802.3, IEEE 802.5, Gigabit Ethernet 등에 사용

특성 유연하며 설치가 쉬움 RJ-45 커넥터를 사용 가격이 싸고 사용하기 쉬움 최대전송거리 100m에 20~100 MHz 의 대역폭을 제공(Cat. 5 기준)

STP 케이블 (Shield Twisted-Pair Cable) 외부전류로부터 보호를 위해 사용되는 금속박막을 접지 시키기위해 특별한 커넥터 사용 UTP에 비해 비싸고 다루기 어렵다. 보통 16 Mbps로 동작하며 100m 케이블에서 155Mbps까지 동작가능(20 MHz ~ 300 MHz ) 백본의 최대 사용 길이는 100m 금속 박막에 의해 외부로부터의 간섭을 거의 받지 않음

UTP와 STP의 비교 비교항목 UTP(Cat. 5 기준) STP 케이블 구조 금속 박막에 의한 차단 없이 꼬인 선만으로 구성 꼬인 회선을 얇은 금속 박막 전도 층으로 둘러싸여 있다. 최대 전송길이 100m 속도 10Mbps(최대 100Mbps) 16Mbps(최대 155Mbps) 외부간섭 외부 전기적 간섭에 영향을 많이 받는다. 금속 박막 전도 층의 차단으로 인해 외부 전기적 간섭에 영향을 받지 않는다. 설치 설치가 쉽고 비용이 적게 든다. 취급이 어렵고 비용이 많이 든다. 커넥터 RJ-45 사용 금속 박막을 접지 시키기 위해서 특별한 커넥터를 사용한다.

동축 케이블 (Coaxial Cable) 디지털, 아날로그 신호 모두 전송 외부와의 차폐성이 좋아서 간섭현상이 적음 전력손실이 적음 트위스티드페어에 비해 높은 주파수에서 빠른 데이터 전송 가능 BNC 라는 원통형 커넥터 사용하여 노드연결 바다 밑이나 땅속에 묻어도 성능에 큰 지장이 없음 수백 Mbps의 고속전송도 가능 BNC 커넥터

광 케이블 (Optical-fiber Cable) 석영 등을 소재로한 광섬유를 몇백가닥씩 묶어 케이블로 만든 것 가는 유리섬유를 이용해 정보를 보냄 빛을 이용해 정보를 보내므로 전기적인 간섭을 받지 않음 전송속도가 높고, 대역폭이 넓고 오류가 적음 광신호 발생위해 한쪽끝에 레이저나 LED 위치, 다른 한쪽끝은 광탐 지기 위치 구조 코어(core) : 높은 굴절률의 투명한 덮개로 빛이 통과하는 통로 역할 클래딩(cladding) : 코어보다 낮은 굴절률의 투명한 덮개로 코어 외부를 싸고 있으며 빛을 반사 코팅(coating) : 코어와 클래딩을 보호하기 위해 합성수지로 만든 피복을 이용해 외부를 감쌈 LED 광원장치 광탐지기

코어를 따라 빛신호 이동 클래딩에서 반사되는 과정을 반복하여 빛 전송 합성수지로 만든 피복으로 코팅하여 코어, 클래딩을 보호

종류 단일모드광섬유 (SM : Single Mode) 다중모드 계단형 광섬유 (SI : Step Index) 직경 및 모드 수에 따라 단일모드, 다중모드 케이블로 구분 빛의 전파, 반사, 굴절 이용 단일모드광섬유 (SM : Single Mode) 다중모드 계단형 광섬유 (SI : Step Index) 다중모드 언덕형 광섬유 (GI : Graded Index) 코어 지름 줄이고 직진하는 빛만 지나도록 ITU-T : 코어지름 9~10 u,클래딩지름 125u 데이터손실 적어 장거리 고도의 기술필요, 중계기로만 사용 하나의 코어 내 약간씩 다른 반사각을 갖는 광선 도시 전송 코어내 굴절률 분포 일정하여 전반사된 빛이 계단모양으로 진행 제조 용이하여 저렴, 근거리 계단형의 분산 영향을 줄이기 위해 클래딩쪽으로 갈수록 굴절률을 감소하게 한다.

비교 구분 언덕(GI)형 다중모드 계단(SI)형 다중모드 단일모드(SM) 재료 코어 석영 클래딩 직경(㎛) 50 9~10 125 전송대역폭 수백 MHz~ 수 GHz/Km 수십 MHz/Km 10GHz/Km 이상 용도 LAN, 데이터 링크용 고속 장거리 LAN, 데이터 링크용 대용량(100Mbps 이상), 장거리(30Km 이상) 공중망용

넓은 대역폭(3.3GHz)을 제공하며 외부 간섭에 영향을 받지 않음 특징 넓은 대역폭(3.3GHz)을 제공하며 외부 간섭에 영향을 받지 않음 광통신 선로 확장하는 태핑(tapping)이 어려워 네트워크 보안성이 큼 아주 빠른 전송속도(데이터 전송의 경우 약 1Gbps) 매우 낮은 전송 에러율 케이블의 크기가 상대적으로 작고 가벼움 설치 시 고도의 기술이 요구됨 전기가 아닌 빛의 펄스형태로 정보 전달 광 송신기는 DTE에서 사용되는 정상적인 전기신호를 광 신호로 변환 하고 광 수신기는 역으로 변환 하나의 광케이블을 다수의 광케이블로 확장시켜주는 광스위치

유선 매체의 비교 구분 장점 단점 트위스티드 페어케이블 저렴하다. 비교적 안정적인 편이다. 광케이블에 비해 설치가 쉬운 편이다. 고속전송에 부적합하다. 높은 비율의 감쇄현상이 있다. 전자기적 간섭과 도청에 약하다. 동축 케이블 설치가 쉬운 편이다. 트위스티드페어 케이블보다는 큰 대역폭을 지원한다. 트위스티드페어 보다 최대전송속도가 빠르다. Category 3의 UTP 보다 비싸다. 설치 기술에 따라 관리, 재구성이 어렵다. 광 케이블에 비해 높은 감쇄를 보인다. 경우에 따라 전자기적 간섭과 도청에 민감하다. 광섬유 100Mbps에서 2Gbps를 넘는 높은 대역폭을 지원한다. 감쇄율이 낮다. 외부의 간섭이나 도청에 강하다. 구축비가 비싸다. 연결 시 매우 정밀한 작업을 요하며, 설치가 복잡하다.

8.2 무선매체 (1/8) 특별한 도체없이도 전자기적 신호를 주고 받는 것 Software, unguided전송매체라고 함 방송용 무선라디오파, 지상마이크로파, 위성마이크로파 등

방송용 무선 라디오파 (Radio Frequency Wave) 고정된 선로 전송지점과 분산 컴퓨터 사이에 무선 링크를 제공 기지국 중심으로 사용자들의 밀도가 높은 곳이나 광범위한 적 용 지역의 서비스에 적합 5장 신호. P201 와 동일 등급 약어 주파수대역 자유공간 파장 초장파(Very Low Frequency) VLF 9KHz –30KHz 33km-10km 장파(Low Frequency) LF 30KHz –300KHz 10km-1km 중파(Medium Frequency) MF 300KHz –3MHz 1km-100m 단파(High Frequency) HF 3MHz –30MHz 100m-10m 초단파(Very High Frequency) VHF 30MHz –300MHz 10m-1m 극초단파(Ultra High Frequency) UHF 300MHz –3GHz 1m-100mm 초고주파(Super High Frequency) SHF 3GHz –30GHz 100mm-10mm 마이크로파(Extremely High Frequency) EHF 30GHz –300GHz 10mm-1mm

특성 방향지향적인 마이크로파와는 달리 특정한 방향이 없는 다방향성 다수의 사람들에게 공중파 방송을 하는 데 사용 기지국내 허용범위에서 모든 컴퓨터에게 무선 링크 제공 장치의 이동성보장 선로이 설치비용 줄임 고출력 단일 주파수의 경우 저출력에 비해 원거리 전송이 가능 감쇄 정도가 적음 전송률이 킬로 비트 수준으로 낮은 편 자연적, 인공적 물체에 의한 반사로 인해 많은 전송 경로로 전송

지상 마이크로파 (Terrestrial Microwave) 장거리의 수십 Mbps의 데이터 전송 속도를 제공하며 주로 장거리 통 신 서비스용으로 전송 매체의 설치가 불가능하거나 설치비용이 비 쌀 때 사용 특성 접시형 안테나(파라볼라)를 사용하며 가시선 충족하는 고지대에 위치 장거리에 대해 높은 데이터 전송률을 제공 장거리 통신 서비스용, TV나 음성 전송용 동축케이블 대용 가능 동축케이블에 비해 훨씬 적은 증폭기와 리피터가 필요 지구 대기를 통한 가시거리 마이크로웨이브 통신은 50Km 이상 가능 높은 구조물이나 기상 조건에 영향을 받음 직진하는 성질 건물이나 산과 같이 높은 구조물, 나쁜 기후에 영향받음 장애물이 없는 대기 50km 초과 거리에서는 신뢰성보장 원거리 직통 중계 가능

위성 마이크로파 (Satellite Microwave) 위성을 매개체로 전자기적 전파 사용 2개 이상의 지상 송신국과 수신국이 서로 중계 역할을 하는 위성을 거쳐 데이터를 주고받는 형태 지상 지구국과 위성 사이 상향(6GHz)링크, 하향(4GHz)링크가 서로 다른 주파수대를 사용 이동 여부에 따라 고정, 이동위성 서비스로 구분 상향 : 지구국은 높은 전력으로 송신하여 전파의 감쇄가 큰 고주파 사용 하향 : 위성 자체의 송신 전력에 제약이 있어 감쇄가 적은 저주파수 사용 트랜스폰더(Transponder)

고정 위성 서비스 하나이상의 위성을 사용하여 지표면의 고정 지점간에 제공 하는 전파통신서비스 지구국 : 지표면의 고정지점에 위치한 무선국 우주국 : 위성상에 설치된 무선국 음성, 데이터, 영상 등의 서비스제공 VSAT(Very Small Aperture Terminal) : 고출력 양방향 서비스

이동 위성 서비스 고정된 지구국-이동체간 혹은 이동체-이동체간의 신호 교환에 위성을 이용하는 통신 서비스 광범위한 통신영역, 짧은 접속시간, 지상통신망과의 접속 용이, 고 신뢰성 거리에 무관한 통신비용 등의 이점 제공

장점 단점 많은 통신량 향상된 error rate 통신 비용의 감소 Point-to-Point 네트워크 구성만 가능 전송지연 통신의 비밀 보장이 어려움 사용주파수가 높아질수록 기후현상(비,눈 등)에 의한 신호의 감쇄가 심함 고장의 경우에 수리가 불가능 일반 microwave 통신과의 상호장애를 피하기 위해 지구국은 항상 교외에 위치해야 함

8.3 전송경로의 불완전성 전송과정에서 열, 전자기장, 전송매체의물리적 특성으로 인해 불 완전성 야기 전송손상은 전송왜곡의 예측 가능 여부에 따라 정적인 불완전성, 동적인 불완전성으로 구분 정적인 불완전성 : 손실, 지연왜곡, 진폭감쇄왜곡 , 주파수편이, 바이 어스와 특성왜곡 동적인 불완전성 : 백색잡음, 충격성잡음, 혼선(누화), 상호 변조잡음, 에코, 진폭변화, 위상변화, 라디오 페이딩

동적인 불완전성 (Fortuitous Distortion) 백색잡음 (열잡음) 도체 내에서 온도에 따른 전자의 운동량의 변화에 기인 잡음 세력이 시간에 대해 전혀 무작위 한 진폭 가짐 N= KTW ( N : 열잡음, K : 볼츠만 상수 (1.37×10-23주울/초), T : 절대온도, W : 대역폭 ) 상호 변조잡음 (Inter Modulation Noise) 서로 다른 주파수들이 똑같이 전송 매체를 공유할 때 서로의 합과 차에 대 한 신호를 계산함으로써 발생하는 잡음 혼선 (Crosstalk) 한 신호채널이 다른 신호채널과 원치 않은 결합을 하여 잡음을 형성하는 것

충격성 잡음 (Impulse Noise) 전송 시스템에 순간적으로 일어나는 높은 진폭의 잡음 충격성 잡음에 의한 에러의 발생 스트로저 교환기의 충격성 잡음

에코 전송선에서 임피던스의 변화가 있을 경우 약해진 신호가 송신 측으로 되돌아오는 것을 뜻함 위상의 변화 연속적인 위상의 변화를 위상 지터라 함 불연속적인 위상의 변화를 위상 히트라고 함 위상의 일시적 변화

진폭변화 신호의 진폭이 갑작스럽게 순간적으로 변하는 것을 의미 라디오 페이딩 (Radio Fading) 전파의 세기가 시간에 따라 변화하는 현상

정적인 불완전성 (Systematic Distortion) 손실 신호의 전송 중 신호의 세기가 약해지는 것을 뜻함 진폭감쇄왜곡 전송되는 신호가 주파수 별로 다른 감쇄율을 보이는 것 손상된 신호의 복구 리피터 : 디지털 신호를 증폭 증폭기 : 아날로그 신호를 증폭

지연 왜곡 전송매체를 통한 신호의 전달 속도가 주파수에 따라 변하는 현상 주파수와 위상의 관계

전형적인 전용선의 전송지연 특성곡선

주파수 편이 (frequency offset) 송신되는 주파수가 수신부에서 다른 주파수로 바뀌 어 수신되는 것 주파수 분할 다중화 기법의 사용 시에 주로 발생

바이어스 특성 왜곡 펄스를 만들기 위해 슬라이스 되는 변복조기의 출력에서 펄스의 길이가 시스템적인 왜곡에 의해 길어지거나 짧아지는 것