8장: 전송매체

8.1 유선매체

트위스티드 케이블 (Twisted-Pair Cable)

물리적 구조

두 개 이상의 꼬아진 구리도선으로 구성

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 전자기적 간섭을 최소화 함

종류

UTP(Unshielded Twisted-Pair) 케이블

STP(Shielded Twisted-Pair) 케이블

 

UTP 케이블 (Unshielded Twisted-Pair Cable)

네 쌍 이상의 꼬인 선을 금속 박막에 의한 차단(쉴드) 없이 최종 외부 피복으로 감싼 구조

회선의 성능에 따라 Category 1~ 7등급으로 나눔

 

등급	전송속도	쓰이는 곳
CAT.1	낮은 전송속도	일반 전화회선에 사용
CAT.2	4Mbps	음성통신 및 낮은 속도의 데이터 전송에 사용
CAT.3	10Mbps	대부분 전화 시스템의 표준 케이블, 10Base-T에 주로 사용됨
CAT.4	16Mbps	Token-Ring과 10Base-T에 주로 사용됨
CAT.5	100Mbps	100Base-T와 10Base-T 같은 고속 회선에 사용됨
CAT.5E	1Gbps	155MHz 대역폭으로 기가비트 이더넷까지 지원
CAT.6	1Gbps	250MHz의 대역폭으로 기가비트 이더넷 등에 사용
CAT.6E	10Gbps	500MHz 대역폭으로 10GBase-T 등에 사용
CAT.7	10Gbps	600MHz 대역폭으로 10GBase-T, 1000Base-TX 등에 사용
CAT.8	40Gbps	2000MHz 대역폭으로 40GBase-T 등에 사용

 

특성

유연하며 설치가 쉬움

RJ-45 커넥터를 사용

가격이 싸고 사용하기 쉬움

최대전송거리 100m에 20~100 MHz 의 대역폭을 제공(Cat. 5E 기준)

 

 

STP 케이블 (Shiled Twisted-Pair Cable)

UTP 케이블의 외부 피복 내에 외부 전자기 간섭으로부터 보호를 위해 각 쌍들마다 얇은 금속 박막으로 감싸고 이 막은 땅에 접지

UTP에 비해 비쌈

금속 박막을 접지 시키기 위해 특별한 커넥터를 사용하여 설치가 복잡

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

 

FTP

STP 케이블과 같이 각 쌍마다 은박쉴드로 보호하여 외부 간섭으로부터 보호하는 케이블

제작이 UTP 케이블보다 어렵고 주로 공장이나 PC방 등 전문적인 장소에서 쓰는 케이블

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	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.

 

동축케이블 (Coaxial Cable)

외부와의 차폐성이 좋아서 간섭현상이 적음

전력손실이 적음

트위스티드페어에 비해 높은 주파수에서 빠른 데이터 전송이 가능

BNC 라는 원통형 커넥터 사용하여 노드연결

바다 밑이나 땅속에 묻어도 성능에 큰 지장이 없음

수백 Mbps의 고속전송도 가능

 

광 케이블 (Optical-fiber Cable)

가는 유리섬유를 이용해 정보를 보냄

전기적인 간섭을 받지 않음

전송속도가 높고, 대역폭이 넓고 오류가 적음

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

 

 

종류

단일모드광섬유 (SM : Single Mode)

단일모드광섬유

다중모드 계단형 광섬유 (SI : Step Index)

다중모드 계단형 광섬유

다중모드 언덕형 광섬유 (GI : Graded Index)

다중모드 언덕형 광섬유

 

구분		언덕(GI)형 다중모드	계단(SI)형 다중모드	단일모드(SM)
재료	코어	석영	석영	석영
	클래딩	석영	석영	석영
직경(㎛)	코어	50	50	9~10
	클래딩	125	125	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

 

특징

넓은 대역폭(3.3GHz)을 제공하며 외부 간섭에 영향을 받지 않음

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 변환하고 광 수신기는 역으로 변환

하나의 광케이블을 다수의 광케이블로 확장시켜주는 광스위치

 

유선매체의 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 케이블	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

 

방송용 무선 라디오파 (Radio Frequency Wave)

고정된 선로 전송지점과 분산 컴퓨터 사이에 무선 링크를 제공

기지국 중심으로 사용자들의 밀도가 높은 곳이나 광범위한 적용 지역의 서비스에 적합

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

고출력 단일 주파수의 경우 저출력에 비해 원거리 전송이 가능

감쇄 정도가 적음

대역 확산의 경우 여러 주파수를 동시에 사용 가능

특정 주파수를 사용하고 있는 네트워크와 인접하지 않은 곳에서 그 주파수 대역을 재사용이 가능

전송률이 킬로 비트 수준으로 낮은 편

지향성인 마이크로파와는 달리 다 방향성임

자연적, 인공적 물체에 의한 반사로 인해 많은 전송 경로로 전송

 

지상 마이크로파 (Terrestrial Microwave)

장거리의 수십 Mbps의 데이터 전송 속도를 제공하며 주로 장거리 통신 서비스용으로 전송 매체의 설치가 불가능하거나 설치비용이 비쌀 때 사용

 

특성

접시형 안테나를 사용하며 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

 

 

위성 마이크로파 (Satellite Microwave)

2개 이상의 지상 송신국과 수신국이 서로 중계 역할을 하는 위성을 거쳐 데이터를 주고받는 형태

트랜스폰더(Transponder)

고정 위성 서비스

하나이상의 위성을 사용하여 지표면의 고정 지점간에 제공하는 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

많은 통신량

향상된 error gate

통신 비용의 감소

 

단점

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

 

 

 

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 대한 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

 

위상의 히트 현상

 

진폭변화

신호의 진폭이 갑작스럽게 순간적으로 변하는 것을 의미

 

라디오 페이딩 (Radio Fading)

전파의 세기가 시간에 따라 변화하는 현상

 

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

 

지연왜곡의 영향

 

전형적인 전용선의 전송지연 특성곡선

 

주파수 편이 (frequency offset)

송신되는 주파수가 수신부에서 다른 주파수로 바뀌어 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