물리적계층(Physical Layer) 개론 - 1

탄넨바움의 책을 기반으로 설명한다.

영어 넘 어려움

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물리적 계층은 프로토콜 모델에서 최하위 계층이다.

물리적 계층은 네트워크에 대한 기계적, 전기적, 시간적 인터페이스를 정의한다.

*물리적 계층은 네트워크가 구축되는 기저다.

다양한 종류의 물리적 채널의 특성은 성능을 결정한다.(전송량, 지연, 에러율 등)

 

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물리적 계층에서 다루는 기술과 개념에 대해 알아보자

우선 매체에 대해서 알아야 한다.

1. 유도전송매체(동선, 광섬유)

2. 무선(지상파)

3. 위성 전송

 

그리고 전송 기술에 대해서는 무슨 내용이 있을까?

1. 아날로그 신호가 디지털 비트로 전환되고 복구됨 = 디지털 변복조

2. 동일한 전송매체에 같은 시간에 간섭 없이 수용가능 = 다중화(Multiplexing)

 

마지막으로 통신 시스템에 관한 내용이 있다.

1. 고정 전화망

2. 이동 통신망

3. 케이블 TV네트워크

 

위의 내용들이 물리적 계층에서 다뤄지는 것이다.

 

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우리는 그냥 통신이 아니라 데이터 통신을 원한다. 

데이터, 즉 정보를 원한다

그러한 정보는 전압 또는 전류 같은 물리적 특성으로 전선을 통해 전달 가능하다.

 

전류를 시간에 대한 함수로 나타냄으로써 신호의 특성을 모델링할 수 있고 해석이 가능하다.

** 이게 바로 푸리에 분석이다.ㅎㅎ 어우... 그만하고싶네 

//푸리에 급수에 대한 내용은 다른 글을 써서 여기다 링크 걸어놔야겠다.

 

살짝만 보면

요약하면 모든 주기함수들을 sin 과 cos의 합으로 구성하겠다는 말이다.

-> 삼각함수로 바꿔줘야 다른 도구들을 이용가능 ㅎ

 

그렇다면 어떻게 정보를 담는 것일까??

예를 들어보자

ASCII코드에서 "b" 소문자는 8비트, 1바이트로 표현되며 8bit이므로 01100010으로 표현될 수 있다.

아래 그림처럼 표현가능하단 얘기다.

오른쪽 그림은 제곱평균제곱근(rms, root-mean-square)이 나타난 그림이다.

** 대응하는 주파수에서 이 값들의 제곱이 전달되는 에너지와 비례한다고 한다!! 신기하네?

 

**전달되는 에너지가 나와서 말인데

조금이라도 손실 없이 신호를 전달할 수 있는 설비는 없다. 무조건 손실은 난다.

만약 모든 푸리에 성분이 동일하게 감소된다면, 그 결과로 진폭은 감소할지 몰라도 왜곡은 일어나지 않는다.

그렇지만 모든 전송 설비는 서로 다른 양을 감소시키므로 왜곡이 일어나게 된다. 

 

**보통 차단(cutoff)주파수 이상에서는 모든 주파수의 진폭은 약해진다. 하지만 어떤 주파수까지는 줄지않고 전송된다.

방금 말한 것처럼 심한 감쇠 없이 전송되는 주파수의 범위를 대역폭(bandwidth)라고 한다. 

-> 실제로는 0부터 전력이 반이 되는 주파수까지를 대역폭이라고 함.

 

대역폭은 전송매체의 물리적! 특성이고

또 이 대역폭은 전송매체의 구축, 매체의 직경, 매체의 길이에 따라 달라진다.

??

그렇게 되면 대역폭이 바뀌면 어떻게 된다는 걸까?

그림을 보자

 

점점 높은 대역폭을 가져서 함수가 바뀐 것을 볼 수 있다.

 

** 예외

38.4kbps 보다 훨씬 더 큰 데이터 전송률에서는 전송 설비가 잡음이 없다고 하더라도 이진신호들을 전혀 기대할 수 없다. 

다시 말해서 이상적인 채널도 대역폭이 제한되면 데이터 전송률이 제한된다는 것이다.

 

이에 따른 표가 있다.

 

** 여기서 대역폭이라 함은?

1. 전자전기과에서 해석 -> Hz(아날로그)

2. 컴공 -> 채널의 최대 전송속도 bps(디지털)

 

둘다 대역폭이다. 분야마다 의미가 다를뿐

 

참고로 어떤 사람이 최대 데이터 전송률을 발견했다고 하는데?

우린 참고만 해보자

 

** 신호의 세기는 S, 잡음의 세기 N, 대역폭이 B(Hz)