네트워크 물리층의 개요
4B/5B 부호화 방식: 4비트 길이의 데이터 그룹을 5비트 길이의 코드로 변환하는 방식입니다. 기본적으로 0 또는 1이 길게 연속되어 전송되지 않도록 사전에 블록 코드화를 수행하는 것입니다.
※ 디지털 전송신호 변환 방식 ※
- NRZ-I(Non-Return to Zero Inverted): 비트가 '1'일 때 천이하며 '0'일 때 유지하는 방식입니다.
- 맨체스터(Manchester) 방식: 각 비트타임의 중간에서 반드시 천이하며 1일 때는 High to Low, 0일 때는 Low to High입니다.
- Differential 맨체스터 방식: 이전 신호와 현재 신호간의 변화를 기준으로 1과 0을 판정하는 방식입니다.
- AMI: 3진 부호를 이용하는 방식으로 1이 등장할 때 직전에 양(+)이면 그 다음에는 음(-)으로 적용합니다.
- B8ZS: 8개의 연속된 '0' 비트가 존재하면 다른 비트열로 대체하는 방법입니다.
8개의 연속된 0 비트의 바로 전에 송신된 '1' 비트가 양(+)이면 000+ -0-+로, 음(-)이면 000- +0+-로 대체합니다.
- HDB3: 4개의 연속된 '0' 비트가 존재하면 B00V 혹은 000V로 대체하는 방법입니다.
대체할 때는 V 비트와 그 다음 V 비트의 극성이 교대하도록 합니다.
Q. 5B/6B 부호화에서 사용하지 않는 코드의 개수는 몇 개인가요? 3B/4B의 경우에는?
1) 5B/6B 부호화 방식은 32개의 코드를 64개의 코드로 변환하므로 32개의 코드는 사용되지 않습니다.
2) 3B/4B 부호화 방식은 8개의 코드를 16개의 코드로 변환하므로 8개의 코드는 사용되지 않습니다.
Q. 그림 4.36에 있는 그림의 각 경우에 대해 8비트 데이터 스트림을 구하세요.
a. NRZ-I: 10011001
b. Differential Manchester: 11000100
c. AMI: 01110001
Q. 뒤섞기 기법을 이용해 1110 0000 0000 00의 비트 스트림을 뒤섞기한 결과는 무엇인가요? 직전의 영이 아닌 신호의 준위는 양(+)이었다고 가정합니다.
a. B8ZS: -+-000-+0+-000
b. HDB3: -+-000-+00+000
※ 통신 다중화 기법 ※
다중화란 하나의 전송로에 여러 개의 데이터 신호를 중복하여 하나의 고속 신호를 만들어 전송하는 방식입니다.
주파수 분할 다중화(FDM): 전송되어야 하는 신호들의 대역폭을 합한 것보다 링크의 대역폭이 더 클 때 사용할 수 있는 기술입니다. 하나의 전송로의 대역폭을 여러 개의 작은 채널로 분할하여 여러 개의 단말기가 동시에 이용하는 방식입니다.
시분할 다중화(TDM): 링크의 높은 대역폭을 여러 연결이 공유할 수 있도록 하는 방식입니다. 하나의 전송로 대역폭을 시간 슬롯(Time Slot)으로 나누어 채널에 할당하여 몇 개의 채널들이 한 전송로의 시간을 분할하여 사용하도록 합니다.
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아날로그 데이터와 디지털 데이터
우리가 네트워크 통신을 수행하기 위해서는 모든 데이터는 전자기 신호로 변환되어야 합니다. 데이터는 크게 아날로그 데이터와 디지털 데이터로 구분할 수 있습니다. 아날로그 데이터는 연속적인 값을 가지며 디지털 데이터는 이산적인 값을 가집니다.
※ 지연의 4가지 종류 ※
1) 전송 지연(Transmission Delay): 네트워크 카드가 데이터를 네트워크 라인으로 전송하는 데 소요되는 시간입니다.
2) 전파 지연(Propagation Delay): 네트워크 라인 자체가 가지는 전자 신호 전송 시간입니다.
3) 노드 처리 지연(Nodal Processing Delay): 라우터의 데이터 패킷 헤더 처리, 라우팅 처리 등으로 소요되는 시간입니다.
4) 큐 지연(Queuing Delay): 라우터가 데이터 패킷을 바로 네트워크로 전송할 수 없을 때 큐에서 대기하는 시간입니다.
Q. 채널 대역폭이 다음과 같을 때, 전파 속도가 2 * 10^8m/s라면 비트의 길이는 얼마인가요?
a. 10Mbps
비트의 길이 = 2 * 10^8 / 10 * 10^6 = 20m. 이는 하나의 비트가 매질에서 20 미터를 차지한다는 의미입니다.
b. 100Mbps
비트의 길이 = 2 * 10^8 / 100 * 10^6 = 2m. 이는 하나의 비트가 매질에서 2 미터를 차지한다는 의미입니다.
c. 1Gbps
비트의 길이 = 2 * 10^8 / 1000 * 10^6 = 0.2m. 이는 하나의 비트가 매질에서 0.2 미터를 차지한다는 의미입니다.
[ 공식 ] 비트의 길이 = 전파 속도(Propagation Speed) * 비트 지속(Bit Duration)
Q. 다음 각 신호들의 비트율을 구하세요.
a. 한 비트가 0.001초 지속되는 신호
비트율 = 1 / 0.001 = 1000 bps
b. 한 비트가 2μs 지속되는 신호
비트율 = 1 / 0.002 = 500,000 bps
c. 10비트가 20μs 지속되는 신호
비트율 = 10 / 0.000020 = 1 / 0.000002 = 500,000 bps
Q. 채널의 대역폭이 5Kbps라면, 이 장치에서 외부로 1,000,000비트의 프레임을 전송하는 데 걸리는 시간은 얼마인가요?
전송 시간 = 1,000,000 / 5,000 = 200초
[ 공식 ] 전송 시간 = 전송량 / 대역폭
Q. 장치가 데이터를 1000bps의 비율로 외부로 보내고 있습니다.
a. 10비트를 외부로 보내는 데 얼마나 걸리나요?
전송 시간 = 10 / 1,000 = 0.01초
b. 한 글자(8비트)를 외부로 보내는 데 얼마나 걸리나요?
전송 시간 = 8 / 1,000 = 0.008초
c. 100,000글자로 구성된 파일을 외부로 보내는 데 얼마나 걸리나요?
전송 시간 = 100,000 * 8 / 1,000 = 800초
[ 공식 ] 전송 시간 = 전송량 / 대역폭
Q. 링크의 대역폭이 다음과 같을 때 지연이 2ms라면 몇 개의 비트가 링크를 채울 수 있나요?
a. 1Mbps
비트의 개수 = 1,000,000 * 2 / 1,000 = 2,000 비트
b. 10Mbps
비트의 개수 = 10,000,000 * 2 / 1,000 = 20,000 비트
c. 100Mbps
비트의 개수 = 100,000,000 * 2 / 1,000 = 200,000 비트
[ 공식 ] 비트의 개수 = 대역폭 * 지연
Q. 각각의 큐 시간이 2ms이고 처리 시간이 1ms인 10개의 라우터를 거치는 링크에 5백만 비트로 구성된 프레임을 전송하는 데 소요되는 전체 지연시간은 얼마인가요? 링크의 길이는 2,000Km이고 빛이 링크 속에서 전파되는 속도는 2 * 10^8m/s입니다. 링크는 5Mbps의 대역폭을 가지고 있습니다. 전체 지연 요인 중에서 중요한 요인과 무시할 수 있는 요인을 쓰세요.
1) 전송 지연: 5,000,000 / 5,000,000 = 1초
2) 전파 지연: 2,000,000 / 2 * 10^8 = 0.01초
3) 노드 처리 지연: 10개 * 1 / 1,000 = 0.01초
4) 큐 지연: 10개 * 2 / 1,000 = 0.02초
전체 지연시간: 1.04초
무시할 수 있는 요인은 없으며 전송하려는 데이터의 크기가 크기 때문에 가장 중요한 지연 요인은 전송 지연입니다.
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TCP/IP 프로토콜의 개요
TCP/IP는 안정적인 네트워크 통신을 위해 개발된 5개의 계층으로 이루어진 계층적 프로토콜 그룹입니다.
물리층: 물리적인 매체를 통해 비트 스트림을 전달하는데 필요한 기능을 수행합니다.
데이터 링크층: 하나의 지국에서 다음 지국까지 오류없이 데이터 단위를 전달합니다.
네트워크층: 다중 네트워크 링크를 통해 패킷을 발신지부터 목적지까지 전달합니다.
전송층: 전체 메시지의 프로세스부터 프로세스까지의 전달을 담당합니다.
응용층: 사용자가 네트워크 접속을 가능하도록 합니다.
프로토콜 계층화란 프로토콜이 수행하는 통신 절차 및 규약에 관한 내용을 분리해서 여러 개의 레이어(Layer)가 각 기능을 수행하도록 정의한 것입니다. 프로토콜 계층화의 장점은 모듈화 및 독립성입니다. 단점은 각 레이어 간의 상호작용 때문에 오버헤드가 발생할 수 있다는 것입니다.
Q. 한 시스템에서 다섯 가지 프로토콜 계층을 사용한다고 가정합니다. 응용 프로그램이 150바이트의 메시지를 생성하고 각 레이어는 데이터 단위에 20바이트의 헤더를 추가한다면 시스템 효율은 얼마인가요?
시스템 효율 = 응용층 바이트 대 전송된 바이트 수의 비 = 150 / (150 + 20 * 5) = 60%
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