[데이터 통신과 네트워킹 6판] 2장 요약(2)

CHAPTER 2 - 물리 계층

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[ 2.2.3 데이터 전송률의 한계 ]

데이터 전송률(전송 성능)에 영향을 미치는 세 가지 요소

1) 가역 대역폭(The bandwidth available)

2) 사용 가능한 신호 준위(The level of the signals we use)

3) 잡음의 정도(The quality of the channel / the level of noise)

 

데이터 전송률을 구하는 공식 두 가지

1) 나이퀴스트 비트율(Nyquist bit rate)

2) 섀넌 용량(Shannon Capacity)

 

나이퀴스트 비트율(Nyquist bit rate)

- 노이즈가 없다고 가정한 채널에 대한 데이터 전송률을 구하는 공식

   bit rate = 2 x Bandwidth x log2(Level)

 

※ 예제 2.6 의 필요한 신호 준위의 수는 98.7 levels이다.

하지만 신호 준위의 수는 2의 멱승이야 되므로, 준위의 수를 늘려 128개 또는 줄여 64개의 준의를 사용해야 된다.

 

섀넌 용량(Shannon Capacity)

- 노이즈가 있는 채널에 대한 데이터 전송률을 구하는 공식

   Capacity = Bandwidth x log2(1 + SNR)

 

데이터 전송률 높이는 방법

1) 대역폭(Bandwidth) 늘리기

2) SNR 비율 높이기

 

[ 2.2.4 성능 ]

네트워크 성능 척도

1) 대역폭(Bandwidth)

2) 처리량(Throughput)

3) 지연(Latency / delay)

4) 대역폭-지연 곱(Bandwidth-delay product)

5) 파형난조(Jitter)

 

네트워크 성능 척도: 대역폭(Bandwidth)

- Bandwidth는 대역폭과 전송률 두 의미를 가진다.

- 대역폭은 이론적인 최대 전송률을 의미한다.

 

※ 즉, 대역폭이 2배 증가하면 전송률 또한 2배 증가한다.

 

네트워크 성능 척도: 처리량(Throughtput)

- 대역폭과 달리 처리량(Throughtput)은 실제 유효 전송률을 의미한다.

 

※ 대역폭(Bandwidth)은 이론적인 수치 이므로 실제 수치인 처리량(Throughtput)보다 값이 크다.

 

네트워크 성능 척도: 지연(Latency / Delay)

- 최초 출발지에서 첫 번째 비트가 떠나고 최종 목적지에 모든 메세지가 도착하는데 걸리는 시간

 

지연(Latency / Delay)의 4가지 요소

1) 전달 시간(Propagation time)

- 출발지에서 떠난 첫 번째 비트가 목적지에 도착하는데 걸리는 시간

-  전달 시간 = 거리 / 전달 속도

 

2) 전송 시간(Transmission time)

- 출발지에서 모든 비트가 떠나는데 걸리는 시간

- 전송 시간 = 메세지 크기(비트 수) / 대역폭

 

3) 대기 시간(Queuing time)

- 중간 노드(장치)나 최종 노드에서 대기하는 시간

 

4) 처리 시간(Processing time)

- CPU가 데이터를 처리하는 시간 

 

※ 1/1000초 = 1ms

 

네트워크 성능 척도: 대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product)

- 링크를 채우는 비트들의 수 

- Bandwidth x Delay = bits

 

네트워크 성능 척도: 파형 난조(Jitter)

- 데이터가 도착하는 시간에 대한 불균형성

- 오디오나 비디오 데이터를 전송할 때 중요한 요소

 

[ 2.3 디지털 전송 ]

어떠한 정보를 전송하기 위해서는 디지털 신호 또는 아날로그 신호로 변환해야된다.

 

디지털-대-디지털 변환(digital-to-digital conversion)

- 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환하는 방법

 

디지털-대-디지털 변환(digital-to-digital conversion) 기술 세 가지

1) Line Coding

2) Block Coding

3) Scrambling

 

Line Coding

- 연속적인 디지털 데이터의 정보를 기반으로 디지털 신호로 변환해주는 기술

- 디지털-대-디지털 변환에서 반드시 필요한 기술

 

Block Coding

- 동기화 및 오류 감지 등 성능 향상을 위해 여분의 비트를 추가하는 기술

- Line Coding과 달리 필수적인 기술은 아니지만, 성능 향상을 위해 주로 사용

 

Block Coding의 알고리즘 

1단계) 분할(Division) : 연속적인 디지털 데이터의 bit를 M개로 분할한다.

2단계) 대체(Substitution) : M개로 분할된 bit를 n개로 대체 한다.

3단계) 결합(Combining) : 대체 된 bit를 결합 시킨다.

※ 이후 Line Coding 수행

 

아날로그-대-디지털 변환 (analog-to-digital conversion)

- 아날로그 신호의 정보를 기반으로 디지털 데이터로 변환하는 방법

 

아날로그-대-디지털 변환(analog-to-digital conversion) 기술 두 가지

1) PCM(Pulse code modulation)

2) DM(Delta modulation)

 

PCM(Pulse code modulation)

- 아날로그-대-디지털 변환 기법 중 주로 사용하는 기술

PCM encoder 동작 과정

1단계) Sampling : 신호의 진폭 값으로 표본 추출

2단계) Quantizing : 추출된 정보를 더욱 세분화

3단계) Encoding: 세분화(양자화)된 정보를 bit로 변환

 

Nyquist Sampling Rate

- PCM 작업의 최적의 Sampling을 구하는 공식

- 초당 몇 개의 샘플이 필요한지 구하는 공식

- 가장 높은 주파수의 2배가 최적의 Sampling Rate

 

※ 아날로그-대-디지털 변환 후 완성된 디지털 데이터를 디지털-대-디지털 변환 작업을 수행

    디지털 신호가 잡음에 덜 민감하기 때문에 이러한 작업을 한다.

    아날로그 신호 -> 디지털 데이터 -> 디지털 신호

 

디지털-대-아날로그 변환 (digital-to-analog conversion)

- 디지털 데이터의 정보를 기반으로 아날로그 신호의 특성 중 하나를 바꾸는 과정

※ 디지털 데이터의 정보를 기반으로 발진기로 부터 만들어진 Sinwave의 주파수, 진폭, 위상 중 하나를 변형      시켜 아날로그 신호를 만드는 기술

 

디지털-대-아날로그 변환 (digital-to-analog conversion) 기술 네 가지

1) ASK(Amplitude shift keying) : 진폭을 변형시킴

2) FSK(Frequency shift keying) : 주파수를 변형시킴

3) PSK(Phase shift keying) : 위상을 변형시킨

4) QAM(Quadrature amplitude modulation) : 진폭과 위상을 변형시킴

 

※ BASK, BFSK, BPSK 는 신호에 포함된 0과 1 이진수의 정보를 기반으로 변형시키는 기술

 

신호율(Signal Rate)

- 초당 신호의 수 

- 단위 : baud

 

아날로그-대-아날로그 변환 (analog-to-analog conversion) 

- 특정 대역을 통가하기 위해 기존의 아날로그 신호의 주파수를 변형시키는 작업

※ 기존 아날로그 신호의  진폭 정보를 기반으로 발진기로 부터 만들어진 Sinwave의 주파수, 진폭, 위상 중 하나를 변형      시켜 아날로그 신호를 변환하는 기술

 

아날로그-대-아날로그 변환 (analog-to-analog conversion) 기술 세 가지

1) AM(Amplitude modulation) : 진폭을 변조시킴

2) FM(Frequency modulation) : 주파수를 변조시킴

3) PM(Phase modulation) : 위상을 변조시킴

 

 

 

 

[데이터 통신과 네트워킹 6판] 2장 요약(3)

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