[컴퓨터 네트워크] 03. 링크의 유무선 방식과 특징

■ Communication link : 유선 방식

 유선 링크는 twisted pair cable, coaxial cable, optical fiber의 순서로 발전을 해왔다.

 

● Twisted pair cable

 Twisted pair cable은 옛날에 전화가 발명될 때부터 사용되었던 것이고 이것을 번역하면 쌍 꼬임 선이라는 뜻이다. 2개의 절연된 구리선이 꼬여있기 때문에 이러한 이름이 붙여진 것이다.
 그렇다면 이렇게 구리선을 꼬아놓은 이유는 무엇일까? 보통 전기 회로에서 디지털 데이터를 전달할 때 보면 받은 쪽에서 전류의 전압을 측정해서 어떤 기준 값보다 높으면 1이고 낮으면 0으로 판단한다. 하지만 Twisted pair cable에서는 그렇지 않고 2개의 구리선에 흐르는 전류의 전압 차이가 어떤 기준값보다 크냐 작냐로 판단한다. 그 이유는 외부의 노이즈들 때문에 전압이 바뀌는 경우가 있기 때문이다. 예를 들면 외부에서 번개가 치는 등의 전기적 간섭이 생기면 구리선의 전류가 영향을 받을 수 있는데 2개의 선이 꼬여서 밀접하게 붙어있으면 서로 가까이 있기 때문에 2개의 선이 받는 영향의 거의 같게 되는 것이다. 그래서 전류의 전압이 아닌, 전압의 차이로 디지털 데이터를 구분한다.
 이로 인해 디지털 데이터의 정확성을 높일 수 있고 처음에는 100Mbps 정도의 속도였지만 나중에는 10Gbps까지도 통신 속도를 올리게 되었다.

 

● Coaxial cable

 두번째 나온 케이블은 Coaxial cable로 우리 말로는 동축 케이블이라고 불린다. 그림을 보면 단면도에 컨덕터(Conductor)라고 되어 있는 부분이 구리로 되어있고 바깥에 컨덕터 하나, 안에 컨덕터 하나가 있다. 이것을 세로로 절단해서 절단 면을 보면 d라고 되어있는 것이 안쪽 구리 선의 지름을 뜻하고 D로 되어있는 것이 바깥 쪽 구리의 지름을 뜻한다. 이 2개의 구리로 되어 있는 부분이 원형이고 이것의 중심 축이 같다는 것에서 동축 케이블이라는 말이 나왔다.
 안쪽의 구리 선은 실제 디지털 데이터를 전달하는 역할을 하고 바깥의 구리 선은 외부와의 노이즈를 차단해주는 역할을 한다. 그래서 좀 더 외부의 영향을 덜 받으면서 빠르게 데이터를 보낼 수 있다보니 아주 높은 bandwidth의 데이터 전달이 가능하다. 예를 들어 높은 bandwidth로 인해 데이터 폭이 넓기 때문에 채널을 여러 개 두어 케이블 TV로 여러 방송국의 채널을 동시에 볼 수 있다.

 

● Optical fiber cable

 세번째 케이블은 Optical fiber로 전류를 흘려보내는 방식이 아닌 빛을 쏘는 방식의 광섬유이다. 구리 선에 전류가 흘러가는 속도는 빛의 속도의 3분의 2 정도이기 때문에 Twisted pair cable이나 Coaxial cable에 비해 전송 속도가 1.5배나 빠른 편이다. 그리고 빛으로 전달 되기 때문에 외부 노이즈에 영향을 받지 않고 에러가 거의 발생하지 않는다. 또 빛이 지나가는 선 내부에 거울 같은 것이 설치되어 있어 반사를 통해서 전달이 된다. 이는 동축 케이블에 전류가 흐르면 도선의 저항으로 열이 나면서 에너지가 열로 전환되기 때문에 속도가 떨어지는 것에 비해 빛은 그런 것이 없기 때문에 더 멀리 갈 수 있다.

 

■ Communication link : 무선 방식

 Wireless link는 여러 bandwidth를 쓸 수 있지만 많이 쓰이는 영역을 보면 WiFi의 경우 2.4GHz와 5GHz를 사용하고 휴대폰 통신에서보면 2G 대역 전후를 많이 쓴다. 4세대 이동 통신에서는 1.8, 1.9GHz부터 해서 2.4GHz 사이를 국내 통신 3사가 나누어서 사용하고 있고 5세대로 가면 30GHz에서 300GHz대역의 bandwidth를 사용하고 있다.

 

 위의 그림을 보면 주파수가 높아질수록 한 파장의 길이가 주파수에 반비례하기 때문에 파장의 길이가 300GHz일 때는 1mm, 30GHz면 10mm이다. 그리고 이 30GHz부터 300GHz 사이의 영역을 보통 밀리미터 웨이브라고 부른다. 이 밀리미터 웨이브를 통해 IMT-2020(5G)가 속도를 많이 올릴 수 있는 계기가 되었다.

 위의 왼쪽 아래 그림을 보면 각각 주파수 3kHz부터 300GHz까지 나와 있는데 물이나 수중에서는 전파가 좀 멀리 가야 되기 때문에 낮은 주파수를 쓰고 다른 장애물이 없는 우주에서는 직진성이 강한 높은 주파수를 쓴다.

 

● 무선 주파수와 직진성, 범위의 관계

 

 무선 주파수는 주파수가 높을수록 직진성이 강하다. 직진성이 강하다는 것은 옆으로 퍼지지 않는다는 의미와도 상통한다. 그래서 어떤 특정한 높은 주파수를 사용하면 특정한 노드를 향해서 주파수를 쏠 수 있고 그 옆의 다른 노드들한테는 간섭을 일으키지 않는다. 단점으로는 옆으로 넓게 퍼지지 않기 때문에 많은 노드에게 전파를 전달하지 못한다는 점과 중간에 장애물이 하나 있으면 막혀서 금방 신호가 감쇠되어 버리는 문제점이 있다.
 요약하면 주파수가 높을수록 통신 범위가 작고, 낮을수록 통신 범위가 크다. 그래서 전달하고자 하는 통신 범위에 따라 사용하는 주파수가 달라지고 거기에 따른 표준 프로토콜도 달라지게 된다.

 

 

 

※ 본 정리 내용은 부산대학교 유영환 교수님의 컴퓨터 네트워킹 수업을 정리한 것입니다.

※※ 강의에 사용된 교재 : [Computer Networking A Top-Down Approach 7th edition / Jim Kurose, Keith Ross]