물리 계층¶

개요¶

물리 계층(Physical Layer)은 OSI 모델의 최하위 계층으로, 비트(0과 1)를 실제 물리적 신호(전기, 광, 무선)로 변환하여 전송하는 역할을 담당합니다. 이 레슨에서는 물리 계층의 역할, 전송 매체의 종류, 신호의 특성, 대역폭과 전송 속도, 그리고 실제 케이블과 커넥터의 종류를 학습합니다.

난이도: ⭐ (기초)

목차¶

물리 계층의 역할
전송 매체
신호 유형
대역폭과 전송 속도
이더넷 케이블 종류
커넥터 종류
무선 전송
연습 문제

1. 물리 계층의 역할¶

물리 계층의 정의¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     물리 계층 (Physical Layer)                   │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   "비트 스트림을 물리적 신호로 변환하여 전송 매체를 통해         │
│    실제로 전송하는 계층"                                        │
│                                                                  │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   디지털 데이터 (상위 계층)                             │   │
│   │         │                                                │   │
│   │         ▼                                                │   │
│   │   ┌─────────────────────────────────────┐               │   │
│   │   │        물리 계층                      │               │   │
│   │   │                                       │               │   │
│   │   │   비트 → 신호 변환                    │               │   │
│   │   │   (인코딩/모듈레이션)                 │               │   │
│   │   │                                       │               │   │
│   │   └───────────────┬─────────────────────┘               │   │
│   │                   │                                      │   │
│   │                   ▼                                      │   │
│   │   ┌─────────────────────────────────────┐               │   │
│   │   │         전송 매체                     │               │   │
│   │   │   (케이블, 광섬유, 무선)             │               │   │
│   │   └─────────────────────────────────────┘               │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

물리 계층의 주요 기능¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    물리 계층의 주요 기능                         │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   1. 비트 동기화 (Bit Synchronization)                          │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │   송신자와 수신자의 클럭을 동기화하여 비트를 정확히     │   │
│   │   인식할 수 있게 함                                      │   │
│   │                                                          │   │
│   │   송신 클럭: ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐                       │   │
│   │             └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘                       │   │
│   │   수신 클럭: ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐  (동기화 필요)       │   │
│   │             └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘                       │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   2. 비트 전송률 제어 (Bit Rate Control)                        │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │   초당 전송되는 비트 수 (bps) 결정                       │   │
│   │   예: 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   3. 물리적 토폴로지 정의                                       │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │   장치 간 물리적 연결 방식 (버스, 스타, 링 등)           │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   4. 전송 모드 정의                                             │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   단방향 (Simplex):                                     │   │
│   │   A ───────────────────────────────► B                  │   │
│   │   (키보드 → 컴퓨터, TV 방송)                            │   │
│   │                                                          │   │
│   │   반이중 (Half-Duplex):                                 │   │
│   │   A ◄──────────────────────────────► B                  │   │
│   │   (한 번에 한 방향만, 무전기)                           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   전이중 (Full-Duplex):                                 │   │
│   │   A ◄═══════════════════════════════► B                  │   │
│   │   (양방향 동시, 전화, 이더넷)                           │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   5. 인터페이스 및 매체 정의                                    │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │   - 커넥터 종류 (RJ-45, SFP 등)                         │   │
│   │   - 케이블 유형 (UTP, 광섬유 등)                        │   │
│   │   - 전압 레벨, 신호 타이밍                              │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

물리 계층의 관련 장비¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    물리 계층 관련 장비                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   ┌──────────────┬───────────────────────────────────────────┐  │
│   │    장비      │                 기능                       │  │
│   ├──────────────┼───────────────────────────────────────────┤  │
│   │    허브      │ 다중 포트 리피터, 신호 증폭 및 브로드캐스트│  │
│   │   (Hub)      │ 모든 포트로 신호 전달                     │  │
│   ├──────────────┼───────────────────────────────────────────┤  │
│   │   리피터     │ 신호 증폭, 전송 거리 연장                 │  │
│   │  (Repeater)  │ 감쇠된 신호를 원래 형태로 복원            │  │
│   ├──────────────┼───────────────────────────────────────────┤  │
│   │    NIC       │ 네트워크 인터페이스 카드                  │  │
│   │(Network Card)│ 컴퓨터와 네트워크 연결                    │  │
│   ├──────────────┼───────────────────────────────────────────┤  │
│   │    모뎀      │ 디지털 ↔ 아날로그 신호 변환               │  │
│   │   (Modem)    │ 전화선을 통한 데이터 전송                 │  │
│   ├──────────────┼───────────────────────────────────────────┤  │
│   │  미디어      │ 서로 다른 매체 타입 연결                  │  │
│   │  컨버터      │ 예: 광섬유 ↔ UTP 변환                     │  │
│   └──────────────┴───────────────────────────────────────────┘  │
│                                                                  │
│   허브의 동작:                                                  │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   PC1 ────┐                                             │   │
│   │           │                                             │   │
│   │   PC2 ────┼──── HUB ───► 모든 포트로 신호 복제         │   │
│   │           │                                             │   │
│   │   PC3 ────┘                                             │   │
│   │                                                          │   │
│   │   * 허브는 L1 장비로 MAC 주소를 이해하지 못함           │   │
│   │   * 받은 신호를 모든 포트로 전달 (브로드캐스트)         │   │
│   │   * 충돌 발생 가능 (하나의 충돌 도메인)                 │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

2. 전송 매체¶

전송 매체 분류¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      전송 매체 분류                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│                        전송 매체                                │
│                           │                                     │
│           ┌───────────────┴───────────────┐                    │
│           │                               │                    │
│       유선 매체                        무선 매체               │
│      (Guided)                        (Unguided)                │
│           │                               │                    │
│   ┌───────┼───────┐               ┌───────┼───────┐           │
│   │       │       │               │       │       │           │
│ 동축    트위스트  광섬유         라디오  마이크로  적외선     │
│ 케이블   페어               파     웨이브               │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

유선 전송 매체¶

동축 케이블 (Coaxial Cable)¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   동축 케이블 (Coaxial Cable)                    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   구조:                                                         │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │                  ┌─── 외피 (Jacket)                     │   │
│   │                  │                                       │   │
│   │   ╔══════════════════════════════════════════════╗      │   │
│   │   ║┌────────────────────────────────────────────┐║      │   │
│   │   ║│▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓│║←차폐층│   │
│   │   ║│  ┌────────────────────────────────────┐   │║      │   │
│   │   ║│  │ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ │   │║←절연체│   │
│   │   ║│  │                                    │   │║      │   │
│   │   ║│  │      ═══════════════════════       │   │║←중심 │   │
│   │   ║│  │           (구리선)                  │   │║  도체│   │
│   │   ║│  │                                    │   │║      │   │
│   │   ║│  └────────────────────────────────────┘   │║      │   │
│   │   ║└────────────────────────────────────────────┘║      │   │
│   │   ╚══════════════════════════════════════════════╝      │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   종류:                                                         │
│   ┌──────────────┬───────────┬───────────┬────────────────┐    │
│   │    종류      │  임피던스 │   용도    │    커넥터      │    │
│   ├──────────────┼───────────┼───────────┼────────────────┤    │
│   │  씬넷       │    50Ω    │ 구형 LAN  │    BNC        │    │
│   │  (Thin)     │           │           │               │    │
│   ├──────────────┼───────────┼───────────┼────────────────┤    │
│   │  씩넷       │    50Ω    │ 백본     │    BNC        │    │
│   │  (Thick)    │           │           │               │    │
│   ├──────────────┼───────────┼───────────┼────────────────┤    │
│   │  RG-6       │    75Ω    │ 케이블TV │    F-Type     │    │
│   │             │           │ CATV      │               │    │
│   └──────────────┴───────────┴───────────┴────────────────┘    │
│                                                                  │
│   특징:                                                         │
│   - 외부 간섭에 강함 (차폐층)                                   │
│   - 현재는 주로 케이블 TV, CCTV에서 사용                        │
│   - LAN에서는 UTP에 밀려 거의 사용되지 않음                     │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

트위스트 페어 (Twisted Pair)¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                  트위스트 페어 (Twisted Pair)                    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   구조 (꼬임선):                                                │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   4쌍의 꼬인 구리선 (총 8가닥)                          │   │
│   │                                                          │   │
│   │         ╭─╮   ╭─╮   ╭─╮   ╭─╮                          │   │
│   │        ╱   ╲ ╱   ╲ ╱   ╲ ╱   ╲  ← 쌍 1 (주황)         │   │
│   │       ╱     ╳     ╳     ╳     ╲                        │   │
│   │      ╱     ╱ ╲   ╱ ╲   ╱ ╲                              │   │
│   │     ╭─╮   ╭─╮   ╭─╮   ╭─╮                              │   │
│   │                                                          │   │
│   │   ※ 꼬임으로 인한 전자기 간섭(EMI) 상쇄 효과            │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   종류:                                                         │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   UTP (Unshielded Twisted Pair) - 비차폐                │   │
│   │   ┌────────────────────────────────────────┐            │   │
│   │   │  ┌──────────────────────────────────┐  │            │   │
│   │   │  │  ∞∞∞∞∞  ∞∞∞∞∞  ∞∞∞∞∞  ∞∞∞∞∞ │  │←외피       │   │
│   │   │  │  (쌍1)   (쌍2)   (쌍3)   (쌍4) │  │            │   │
│   │   │  └──────────────────────────────────┘  │            │   │
│   │   └────────────────────────────────────────┘            │   │
│   │   - 가장 일반적, 저렴                                   │   │
│   │   - 사무실, 가정용 LAN                                  │   │
│   │                                                          │   │
│   │   STP (Shielded Twisted Pair) - 차폐                    │   │
│   │   ┌────────────────────────────────────────┐            │   │
│   │   │▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓│←차폐층    │   │
│   │   │  ┌──────────────────────────────────┐  │            │   │
│   │   │  │  ∞∞∞∞∞  ∞∞∞∞∞  ∞∞∞∞∞  ∞∞∞∞∞ │  │            │   │
│   │   │  └──────────────────────────────────┘  │            │   │
│   │   │▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓│            │   │
│   │   └────────────────────────────────────────┘            │   │
│   │   - EMI 차폐, 고가                                      │   │
│   │   - 산업용, 고간섭 환경                                 │   │
│   │                                                          │   │
│   │   FTP (Foiled Twisted Pair) - 포일 차폐                 │   │
│   │   - 전체를 포일로 감쌈                                  │   │
│   │   - UTP와 STP의 중간                                    │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

광섬유 (Fiber Optic)¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      광섬유 (Fiber Optic)                        │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   원리: 빛의 전반사를 이용한 데이터 전송                        │
│                                                                  │
│   구조:                                                         │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │         ┌─── 외피 (Jacket)                              │   │
│   │         │                                                │   │
│   │   ╔═════════════════════════════════════════════════╗   │   │
│   │   ║  ┌─────────────────────────────────────────────┐║   │   │
│   │   ║  │░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░│║←버퍼│   │
│   │   ║  │  ┌───────────────────────────────────────┐ │║   │   │
│   │   ║  │  │▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒│ │║←클래딩│
│   │   ║  │  │  ┌─────────────────────────────────┐ │ │║   │   │
│   │   ║  │  │  │═════════════════════════════════│ │ │║←코어│   │
│   │   ║  │  │  │          (유리/플라스틱)         │ │ │║(빛 통로)│
│   │   ║  │  │  └─────────────────────────────────┘ │ │║   │   │
│   │   ║  │  └───────────────────────────────────────┘ │║   │   │
│   │   ║  └─────────────────────────────────────────────┘║   │   │
│   │   ╚═════════════════════════════════════════════════╝   │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   종류:                                                         │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   싱글모드 (Single-Mode Fiber, SMF)                     │   │
│   │   ┌──────────────────────────────────────────────────┐  │   │
│   │   │     코어 직경: 8-10 μm                            │  │   │
│   │   │                                                   │  │   │
│   │   │     ════════════════════════════════► (단일 경로) │  │   │
│   │   │                                                   │  │   │
│   │   │     - 장거리 전송 (수십~수백 km)                  │  │   │
│   │   │     - 높은 대역폭                                 │  │   │
│   │   │     - 레이저 광원 사용                            │  │   │
│   │   │     - 노란색 케이블 (일반적)                      │  │   │
│   │   └──────────────────────────────────────────────────┘  │   │
│   │                                                          │   │
│   │   멀티모드 (Multi-Mode Fiber, MMF)                      │   │
│   │   ┌──────────────────────────────────────────────────┐  │   │
│   │   │     코어 직경: 50-62.5 μm                         │  │   │
│   │   │                                                   │  │   │
│   │   │     ══════════════════════════════►               │  │   │
│   │   │        ═══════════════════════════► (다중 경로)   │  │   │
│   │   │     ══════════════════════════════►               │  │   │
│   │   │                                                   │  │   │
│   │   │     - 단거리 전송 (수백 m ~ 2 km)                 │  │   │
│   │   │     - LED 또는 VCSEL 광원                         │  │   │
│   │   │     - 오렌지/아쿠아색 케이블                      │  │   │
│   │   │     - 데이터센터 내부 연결                        │  │   │
│   │   └──────────────────────────────────────────────────┘  │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   장점:                                                         │
│   - 전자기 간섭(EMI) 완전 면역                                 │
│   - 초고속 대역폭 (테라비트급)                                 │
│   - 장거리 전송 가능                                           │
│   - 보안성 우수 (도청 어려움)                                  │
│                                                                  │
│   단점:                                                         │
│   - 높은 설치 비용                                             │
│   - 접속/수리 어려움 (전문 장비 필요)                          │
│   - 구부러짐에 취약                                            │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

전송 매체 비교¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     전송 매체 비교표                             │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   ┌─────────┬──────────┬──────────┬─────────┬─────────────────┐ │
│   │ 매체    │ 대역폭   │ 거리     │ 비용    │ EMI 내성        │ │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼─────────┼─────────────────┤ │
│   │ 동축    │ ~1 Gbps  │ ~500m    │ 중간    │ 좋음            │ │
│   │ 케이블  │          │          │         │                 │ │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼─────────┼─────────────────┤ │
│   │ UTP     │ ~10 Gbps │ 100m     │ 저렴    │ 보통            │ │
│   │         │          │          │         │                 │ │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼─────────┼─────────────────┤ │
│   │ STP     │ ~10 Gbps │ 100m     │ 중간    │ 좋음            │ │
│   │         │          │          │         │                 │ │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼─────────┼─────────────────┤ │
│   │ MMF     │ ~100 Gbps│ ~2km     │ 높음    │ 면역            │ │
│   │ (광)    │          │          │         │                 │ │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼─────────┼─────────────────┤ │
│   │ SMF     │ 테라급   │ ~100km   │ 매우    │ 면역            │ │
│   │ (광)    │          │          │ 높음    │                 │ │
│   └─────────┴──────────┴──────────┴─────────┴─────────────────┘ │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

3. 신호 유형¶

아날로그 vs 디지털 신호¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    아날로그 vs 디지털 신호                        │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   아날로그 신호 (Analog Signal):                                │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   전압 ^                                                 │   │
│   │       │      ╭───╮        ╭───╮        ╭───╮           │   │
│   │       │    ╱      ╲      ╱      ╲      ╱      ╲          │   │
│   │    0 ─┼───────────────────────────────────────── 시간   │   │
│   │       │  ╲      ╱      ╲      ╱      ╲      ╱           │   │
│   │       │    ╰───╯        ╰───╯        ╰───╯              │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 연속적인 파형                                       │   │
│   │   - 진폭, 주파수, 위상이 연속적으로 변화                │   │
│   │   - 예: 음성, 라디오 방송, 구형 전화                    │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   디지털 신호 (Digital Signal):                                 │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   전압 ^                                                 │   │
│   │       │   ┌───┐       ┌───┐   ┌───────┐   ┌───┐        │   │
│   │    1 ─┤   │   │       │   │   │       │   │   │        │   │
│   │       │   │   │       │   │   │       │   │   │        │   │
│   │    0 ─┼───┘   └───────┘   └───┘       └───┘   └──── 시간│   │
│   │       │                                                  │   │
│   │       │   1   0   0   1   0   1   1   1   0   1         │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 이산적인 값 (0 또는 1)                              │   │
│   │   - 노이즈에 강함 (명확한 임계값)                       │   │
│   │   - 예: 컴퓨터 데이터, 이더넷                           │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

신호 변환¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        신호 변환                                 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   1. 디지털-디지털 인코딩 (Line Encoding)                       │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   NRZ (Non-Return to Zero):                             │   │
│   │        ┌───┐   ┌───────┐       ┌───┐                    │   │
│   │     1  │   │   │       │       │   │                    │   │
│   │     0 ─┘   └───┘       └───────┘   └───                 │   │
│   │        1   0   1   1   0   0   0   1                     │   │
│   │                                                          │   │
│   │   Manchester:                                           │   │
│   │        ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐   ┌─┐   ┌─┐ ┌─┐                 │   │
│   │     1  │ │ │ │ │ │ │ │   │ │   │ │ │ │                 │   │
│   │     0 ─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └───┘ └───┘ └─┘ └─                │   │
│   │   - 비트 중간에서 전환 (클럭 동기화)                    │   │
│   │   - 이더넷 10BASE-T에서 사용                            │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   2. 디지털-아날로그 변조 (Modulation)                          │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   ASK (Amplitude Shift Keying) - 진폭 변조:             │   │
│   │   데이터: 1    0    1    1    0                         │   │
│   │          ∿∿∿       ∿∿∿  ∿∿∿                              │   │
│   │                                                          │   │
│   │   FSK (Frequency Shift Keying) - 주파수 변조:           │   │
│   │   데이터: 1    0    1    1    0                         │   │
│   │          ∿∿∿  ≋≋≋  ∿∿∿  ∿∿∿  ≋≋≋                       │   │
│   │          (고주파) (저주파)                               │   │
│   │                                                          │   │
│   │   PSK (Phase Shift Keying) - 위상 변조:                 │   │
│   │   - 위상을 변경하여 데이터 표현                         │   │
│   │   - Wi-Fi, 위성 통신에서 사용                           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   QAM (Quadrature Amplitude Modulation):                │   │
│   │   - 진폭과 위상을 동시에 변조                           │   │
│   │   - 높은 대역폭 효율                                    │   │
│   │   - 케이블 모뎀, DSL에서 사용                           │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   3. 아날로그-디지털 변환 (A/D Conversion)                      │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   음성/영상 → 샘플링 → 양자화 → 인코딩 → 디지털 데이터  │   │
│   │                                                          │   │
│   │   예: 전화 음성 (PCM - Pulse Code Modulation)           │   │
│   │   - 초당 8,000회 샘플링                                 │   │
│   │   - 8비트 양자화                                        │   │
│   │   - 64 Kbps (8000 × 8 = 64,000)                         │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

신호 손상 요인¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     신호 손상 요인                               │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   1. 감쇠 (Attenuation)                                         │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   송신 신호:  ████████                                   │   │
│   │                  ↓ (거리에 따라 약해짐)                  │   │
│   │   수신 신호:     ▓▓▓▓                                    │   │
│   │                                                          │   │
│   │   해결: 리피터, 증폭기 사용                             │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   2. 왜곡 (Distortion)                                          │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   원래 신호:  ┌─┐   ┌─┐                                 │   │
│   │              │ │   │ │                                 │   │
│   │              └─┘   └─┘                                 │   │
│   │                  ↓                                       │   │
│   │   왜곡된 신호: ╱─╲   ╱─╲                                │   │
│   │              ╱   ╲ ╱   ╲                                │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 주파수 성분마다 전파 속도가 달라서 발생             │   │
│   │   - 등화기(Equalizer)로 보정                            │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   3. 노이즈 (Noise)                                             │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   원래 신호:  ┌─┐   ┌─┐                                 │   │
│   │              │ │   │ │                                 │   │
│   │              └─┘   └─┘                                 │   │
│   │                  ↓ + 노이즈                              │   │
│   │   수신 신호:  ┌∿┐ ∿ ┌∿┐                                │   │
│   │              │ │∿  │ │                                 │   │
│   │              └∿┘   └∿┘                                 │   │
│   │                                                          │   │
│   │   종류:                                                  │   │
│   │   - 열 잡음 (Thermal Noise)                             │   │
│   │   - 유도 잡음 (Induced Noise) - EMI                     │   │
│   │   - 누화 (Crosstalk) - 인접 회선 간섭                   │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

4. 대역폭과 전송 속도¶

대역폭 개념¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     대역폭 (Bandwidth)                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   두 가지 의미:                                                 │
│                                                                  │
│   1. 아날로그 대역폭 (Hz)                                       │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   신호가 사용하는 주파수 범위                            │   │
│   │                                                          │   │
│   │   신호 세기                                              │   │
│   │       ^                                                  │   │
│   │       │     ╱╲                                          │   │
│   │       │    ╱  ╲                                         │   │
│   │       │   ╱    ╲                                        │   │
│   │       │  ╱      ╲                                       │   │
│   │       │ ╱        ╲                                      │   │
│   │       └──┬────────┬──► 주파수                           │   │
│   │          f1      f2                                     │   │
│   │          ◄────────►                                     │   │
│   │           대역폭 = f2 - f1 (Hz)                         │   │
│   │                                                          │   │
│   │   예: 전화 음성 대역폭 = 3,400 - 300 = 3,100 Hz         │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   2. 디지털 대역폭 (bps)                                        │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   단위 시간당 전송 가능한 데이터량                       │   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌───────────────────────────────────────┐             │   │
│   │   │     채널 용량 (대역폭)                 │             │   │
│   │   │     ══════════════════════════════    │             │   │
│   │   │         100 Mbps                       │             │   │
│   │   └───────────────────────────────────────┘             │   │
│   │                                                          │   │
│   │   단위:                                                  │   │
│   │   - bps (bits per second)                               │   │
│   │   - Kbps = 1,000 bps                                    │   │
│   │   - Mbps = 1,000,000 bps                                │   │
│   │   - Gbps = 1,000,000,000 bps                            │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

처리량과 지연¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    처리량과 지연 (Throughput & Latency)          │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   대역폭 vs 처리량:                                             │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   대역폭 (Bandwidth):                                    │   │
│   │   - 이론적 최대 전송 용량                               │   │
│   │   - 파이프의 굵기                                       │   │
│   │                                                          │   │
│   │   처리량 (Throughput):                                   │   │
│   │   - 실제로 전송되는 데이터량                            │   │
│   │   - 항상 대역폭보다 작거나 같음                         │   │
│   │   - 처리량 ≤ 대역폭                                     │   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌───────────────────────────────────────┐             │   │
│   │   │  대역폭: 100 Mbps                      │             │   │
│   │   │  ═══════════════════════════════════  │             │   │
│   │   │  실제 처리량: 80 Mbps                  │             │   │
│   │   │  ════════════════════════             │             │   │
│   │   │  (오버헤드, 혼잡, 오류 등으로 감소)   │             │   │
│   │   └───────────────────────────────────────┘             │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   지연 (Latency):                                               │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   데이터가 출발지에서 목적지까지 걸리는 시간             │   │
│   │                                                          │   │
│   │   총 지연 = 전파 지연 + 전송 지연 + 큐잉 지연 + 처리 지연│   │
│   │                                                          │   │
│   │   1. 전파 지연 (Propagation Delay)                      │   │
│   │      - 신호가 매체를 통과하는 시간                      │   │
│   │      - 거리 / 전파 속도                                 │   │
│   │      - 빛의 속도 ≈ 3×10^8 m/s (진공)                   │   │
│   │                                                          │   │
│   │   2. 전송 지연 (Transmission Delay)                     │   │
│   │      - 데이터를 링크에 올리는 시간                      │   │
│   │      - 데이터 크기 / 대역폭                             │   │
│   │                                                          │   │
│   │   3. 큐잉 지연 (Queuing Delay)                          │   │
│   │      - 라우터에서 대기하는 시간                         │   │
│   │      - 네트워크 혼잡도에 따라 변동                      │   │
│   │                                                          │   │
│   │   4. 처리 지연 (Processing Delay)                       │   │
│   │      - 헤더 검사, 라우팅 결정 시간                      │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   RTT (Round Trip Time):                                        │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   패킷이 왕복하는 데 걸리는 시간                        │   │
│   │                                                          │   │
│   │   클라이언트 ────────────────────► 서버                 │   │
│   │              ◄────────────────────                      │   │
│   │              ◄──────────────────────►                   │   │
│   │                      RTT                                │   │
│   │                                                          │   │
│   │   측정: ping 명령어                                     │   │
│   │   $ ping google.com                                     │   │
│   │   time=15.2 ms  ← 이것이 RTT                           │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

샤논 용량 공식¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      채널 용량 공식                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   나이퀴스트 공식 (무잡음 채널):                                │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   C = 2 × B × log₂(L)                                    │   │
│   │                                                          │   │
│   │   C: 채널 용량 (bps)                                    │   │
│   │   B: 대역폭 (Hz)                                        │   │
│   │   L: 신호 레벨 수                                       │   │
│   │                                                          │   │
│   │   예: 대역폭 3,100 Hz, 2개 신호 레벨                    │   │
│   │   C = 2 × 3,100 × log₂(2) = 6,200 bps                   │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   샤논 공식 (잡음 있는 채널):                                   │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   C = B × log₂(1 + S/N)                                  │   │
│   │                                                          │   │
│   │   C: 채널 용량 (bps)                                    │   │
│   │   B: 대역폭 (Hz)                                        │   │
│   │   S/N: 신호 대 잡음비 (Signal-to-Noise Ratio)           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   SNR(dB) = 10 × log₁₀(S/N)                             │   │
│   │                                                          │   │
│   │   예: 대역폭 1 MHz, SNR 63 (18 dB)                      │   │
│   │   C = 1,000,000 × log₂(1 + 63)                          │   │
│   │   C = 1,000,000 × 6 = 6 Mbps                            │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

5. 이더넷 케이블 종류¶

카테고리별 UTP 케이블¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    UTP 케이블 카테고리                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   ┌─────────┬──────────┬──────────┬────────┬─────────────────┐  │
│   │카테고리 │  속도    │  대역폭  │  거리  │     용도        │  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat3   │ 10 Mbps  │  16 MHz  │ 100m   │ 전화, 구형 LAN  │  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat5   │ 100 Mbps │ 100 MHz  │ 100m   │ 100BASE-TX      │  │
│   │         │          │          │        │ (거의 사용 안함)│  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat5e  │ 1 Gbps   │ 100 MHz  │ 100m   │ 1000BASE-T      │  │
│   │         │          │          │        │ (현재 기본)     │  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat6   │ 10 Gbps  │ 250 MHz  │ 55m    │ 10GBASE-T       │  │
│   │         │ 1 Gbps   │          │ 100m   │ (10G는 55m까지) │  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat6a  │ 10 Gbps  │ 500 MHz  │ 100m   │ 10GBASE-T       │  │
│   │         │          │          │        │ (데이터센터)    │  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat7   │ 10 Gbps  │ 600 MHz  │ 100m   │ STP, 차폐 필수  │  │
│   │         │          │          │        │ (특수 커넥터)   │  │
│   ├─────────┼──────────┼──────────┼────────┼─────────────────┤  │
│   │  Cat8   │ 25/40    │ 2000 MHz │ 30m    │ 데이터센터      │  │
│   │         │ Gbps     │          │        │ (서버 연결)     │  │
│   └─────────┴──────────┴──────────┴────────┴─────────────────┘  │
│                                                                  │
│   권장:                                                         │
│   - 일반 가정/사무실: Cat5e 또는 Cat6                          │
│   - 고속 네트워크: Cat6a                                       │
│   - 데이터센터: Cat6a, Cat7, Cat8                              │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

케이블 배선 표준¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      케이블 배선 표준                            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   T568A vs T568B 배선:                                          │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   T568A:                        T568B:                   │   │
│   │   ┌───────────────────┐        ┌───────────────────┐    │   │
│   │   │ 1: 흰녹   ██      │        │ 1: 흰주황 ██      │    │   │
│   │   │ 2: 녹     ██      │        │ 2: 주황   ██      │    │   │
│   │   │ 3: 흰주황 ██      │        │ 3: 흰녹   ██      │    │   │
│   │   │ 4: 파랑   ██      │        │ 4: 파랑   ██      │    │   │
│   │   │ 5: 흰파랑 ██      │        │ 5: 흰파랑 ██      │    │   │
│   │   │ 6: 주황   ██      │        │ 6: 녹     ██      │    │   │
│   │   │ 7: 흰갈색 ██      │        │ 7: 흰갈색 ██      │    │   │
│   │   │ 8: 갈색   ██      │        │ 8: 갈색   ██      │    │   │
│   │   └───────────────────┘        └───────────────────┘    │   │
│   │                                                          │   │
│   │   * T568B가 더 일반적으로 사용됨                         │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   케이블 종류:                                                  │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   1. 스트레이트 케이블 (Straight-Through)               │   │
│   │      - 양쪽 끝이 같은 표준 (T568B-T568B)                │   │
│   │      - PC ↔ 스위치, 스위치 ↔ 라우터                    │   │
│   │      - 가장 일반적                                      │   │
│   │                                                          │   │
│   │      [PC] ═══════════════════════════════ [스위치]      │   │
│   │            1-1, 2-2, 3-3, 4-4...                        │   │
│   │                                                          │   │
│   │   2. 크로스오버 케이블 (Crossover)                      │   │
│   │      - 양쪽 끝이 다른 표준 (T568A-T568B)                │   │
│   │      - 송신과 수신 핀이 교차                            │   │
│   │      - PC ↔ PC, 스위치 ↔ 스위치                        │   │
│   │                                                          │   │
│   │      [PC1] ════════╳════════════════════ [PC2]          │   │
│   │             1-3, 2-6 교차                               │   │
│   │                                                          │   │
│   │   3. 롤오버 케이블 (Console Cable)                      │   │
│   │      - 모든 핀이 반대로 연결 (1-8, 2-7...)              │   │
│   │      - PC ↔ 라우터/스위치 콘솔 포트                    │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   * 현대 장비는 Auto-MDIX 지원으로 케이블 종류 자동 감지       │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

핀 배치와 사용¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      이더넷 핀 배치                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   10BASE-T / 100BASE-TX (4개 핀 사용):                          │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   RJ-45 커넥터 핀 배치:                                 │   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌─────────────────────────┐                           │   │
│   │   │  1  2  3  4  5  6  7  8 │  ← 핀 번호               │   │
│   │   │  ▓  ▓  ▓  □  □  ▓  □  □ │                           │   │
│   │   │ TX+ TX- RX+       RX-   │                           │   │
│   │   └─────────────────────────┘                           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   핀 1, 2: 송신 (TX+, TX-)                              │   │
│   │   핀 3, 6: 수신 (RX+, RX-)                              │   │
│   │   핀 4, 5, 7, 8: 미사용 (PoE에서 사용 가능)             │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   1000BASE-T / Gigabit (8개 핀 모두 사용):                      │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌─────────────────────────┐                           │   │
│   │   │  1  2  3  4  5  6  7  8 │                           │   │
│   │   │  ▓  ▓  ▓  ▓  ▓  ▓  ▓  ▓ │  ← 모든 핀 사용          │   │
│   │   │ BI-DA  BI-DB  BI-DC  BI-DD │                        │   │
│   │   └─────────────────────────┘                           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 4쌍 모두 양방향 사용 (Full-Duplex)                  │   │
│   │   - 5-level PAM (PAM-5) 신호 사용                       │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

6. 커넥터 종류¶

동축/UTP 커넥터¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      네트워크 커넥터                             │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   RJ-45 (8P8C):                                                 │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   가장 일반적인 이더넷 커넥터                            │   │
│   │                                                          │   │
│   │      ┌─────────────┐                                    │   │
│   │      │  ┌───────┐  │                                    │   │
│   │      │  │▓▓▓▓▓▓▓│  │  ← 8개 접점                       │   │
│   │      │  └───────┘  │                                    │   │
│   │      │      ▓      │  ← 잠금 클립                       │   │
│   │      │     ═══     │                                    │   │
│   │      │    ═════    │                                    │   │
│   │      │   ═══════   │  ← 케이블                          │   │
│   │      └─────────────┘                                    │   │
│   │                                                          │   │
│   │   용도: 이더넷 (UTP 케이블)                             │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   RJ-11 (6P2C/6P4C):                                            │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   전화선 커넥터 (RJ-45보다 작음)                        │   │
│   │                                                          │   │
│   │      ┌─────────┐                                        │   │
│   │      │ ┌─────┐ │  ← 4개 또는 2개 접점                  │   │
│   │      │ └─────┘ │                                        │   │
│   │      │    ▓    │                                        │   │
│   │      │  ═════  │                                        │   │
│   │      └─────────┘                                        │   │
│   │                                                          │   │
│   │   용도: 전화, 모뎀, DSL                                 │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   BNC (Bayonet Neill-Concelman):                                │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   동축 케이블 커넥터                                    │   │
│   │                                                          │   │
│   │      ┌─────┐                                            │   │
│   │      │     │─────────  ← 중심 핀                       │   │
│   │      │  ○  │                                            │   │
│   │      │     │                                            │   │
│   │      └──┬──┘  ← 잠금 링 (돌려서 고정)                  │   │
│   │         │                                                │   │
│   │                                                          │   │
│   │   용도: 구형 LAN (10BASE2), CCTV                        │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

광섬유 커넥터¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     광섬유 커넥터                                │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   SC (Subscriber Connector):                                    │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │      ┌─────────┐                                        │   │
│   │      │    □    │  ← 사각형 푸시-풀 방식                │   │
│   │      │    ○    │  ← 2.5mm 페룰                         │   │
│   │      │    □    │                                        │   │
│   │      └────┬────┘                                        │   │
│   │           │                                              │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 가장 일반적인 광 커넥터                             │   │
│   │   - 데이터센터, FTTH에서 사용                           │   │
│   │   - 단순한 푸시-풀 연결                                 │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   LC (Lucent Connector):                                        │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │      ┌───────┐                                          │   │
│   │      │   ○   │  ← SC의 절반 크기                       │   │
│   │      │   ▓   │  ← 1.25mm 페룰                          │   │
│   │      └───┬───┘  ← 래치 고정                            │   │
│   │          │                                               │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - SC보다 50% 작음                                     │   │
│   │   - 고밀도 연결에 적합                                  │   │
│   │   - SFP 트랜시버와 함께 사용                            │   │
│   │   - 현재 가장 인기 있는 광 커넥터                       │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   SFP (Small Form-factor Pluggable):                            │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌───────────────────────────┐                         │   │
│   │   │  ┌─────┐      ┌─────┐   │                         │   │
│   │   │  │  TX │      │  RX │   │  ← 송/수신 분리         │   │
│   │   │  └─────┘      └─────┘   │                         │   │
│   │   │         SFP              │                         │   │
│   │   └───────────────────────────┘                         │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 핫스왑 가능 트랜시버                                │   │
│   │   - 다양한 속도/거리 지원                               │   │
│   │   - SFP (1G), SFP+ (10G), SFP28 (25G), QSFP+ (40G)      │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   ST (Straight Tip):                                            │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │      ○────────  ← 베이오넷(돌려서 고정) 방식            │   │
│   │                                                          │   │
│   │   - 구형 광 커넥터                                      │   │
│   │   - 멀티모드 네트워크에서 사용                          │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   커넥터 비교:                                                  │
│   ┌─────────┬───────────┬───────────────┬───────────────────┐   │
│   │ 커넥터  │ 페룰 크기 │    연결 방식  │      용도         │   │
│   ├─────────┼───────────┼───────────────┼───────────────────┤   │
│   │   SC    │  2.5mm    │   푸시-풀     │ 일반, FTTH        │   │
│   │   LC    │  1.25mm   │   래치        │ 데이터센터, SFP   │   │
│   │   ST    │  2.5mm    │   베이오넷    │ 구형 시스템       │   │
│   │  FC     │  2.5mm    │   스크류      │ 정밀 측정         │   │
│   │  MPO    │  다중     │   푸시-풀     │ 고밀도 (40G/100G) │   │
│   └─────────┴───────────┴───────────────┴───────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

7. 무선 전송¶

무선 통신 개요¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       무선 통신 개요                             │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   무선 주파수 스펙트럼:                                         │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   주파수      │        용도                              │   │
│   │   ───────────────────────────────────────────           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   3 kHz - 300 kHz    : 저주파 (AM 라디오)               │   │
│   │   300 kHz - 3 MHz    : 중파 (AM 라디오)                 │   │
│   │   3 MHz - 30 MHz     : 단파 (라디오, 아마추어)          │   │
│   │   30 MHz - 300 MHz   : VHF (FM 라디오, TV)              │   │
│   │   300 MHz - 3 GHz    : UHF (TV, 휴대폰, Wi-Fi)          │   │
│   │   3 GHz - 30 GHz     : 마이크로파 (위성, 5G)            │   │
│   │   30 GHz - 300 GHz   : 밀리미터파 (5G, 레이더)          │   │
│   │                                                          │   │
│   │   ◄─ 낮은 주파수 ─────────── 높은 주파수 ─►             │   │
│   │   ◄─ 긴 거리, 낮은 속도 ──── 짧은 거리, 높은 속도 ─►   │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Wi-Fi (IEEE 802.11)¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Wi-Fi (IEEE 802.11)                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   Wi-Fi 표준 발전:                                              │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌──────────┬────────┬─────────┬─────────┬───────────┐ │   │
│   │   │   표준   │ 주파수 │ 최대속도│  범위   │  마케팅명 │ │   │
│   │   ├──────────┼────────┼─────────┼─────────┼───────────┤ │   │
│   │   │  802.11b │ 2.4GHz │  11Mbps │  ~35m   │     -     │ │   │
│   │   │  802.11a │  5GHz  │  54Mbps │  ~25m   │     -     │ │   │
│   │   │  802.11g │ 2.4GHz │  54Mbps │  ~35m   │     -     │ │   │
│   │   │  802.11n │ 2.4/5  │ 600Mbps │  ~50m   │   Wi-Fi 4 │ │   │
│   │   │ 802.11ac │  5GHz  │ 6.9Gbps │  ~35m   │   Wi-Fi 5 │ │   │
│   │   │ 802.11ax │ 2.4/5/6│ 9.6Gbps │  ~35m   │   Wi-Fi 6 │ │   │
│   │   │802.11ax-6│  6GHz  │ 9.6Gbps │  ~35m   │  Wi-Fi 6E │ │   │
│   │   │ 802.11be │2.4/5/6 │ 46Gbps  │  ~35m   │   Wi-Fi 7 │ │   │
│   │   └──────────┴────────┴─────────┴─────────┴───────────┘ │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   2.4 GHz vs 5 GHz:                                             │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   2.4 GHz 대역:                                         │   │
│   │   ┌─────────────────────────────────────────────┐       │   │
│   │   │ + 긴 범위, 벽 투과 좋음                      │       │   │
│   │   │ + 구형 기기 호환                             │       │   │
│   │   │ - 혼잡 (블루투스, 전자레인지 간섭)           │       │   │
│   │   │ - 채널 수 적음 (3개 비중첩 채널)             │       │   │
│   │   └─────────────────────────────────────────────┘       │   │
│   │                                                          │   │
│   │   5 GHz 대역:                                           │   │
│   │   ┌─────────────────────────────────────────────┐       │   │
│   │   │ + 더 많은 채널 (23개 비중첩 채널)            │       │   │
│   │   │ + 덜 혼잡, 간섭 적음                         │       │   │
│   │   │ + 더 높은 속도                               │       │   │
│   │   │ - 짧은 범위, 벽 투과 어려움                  │       │   │
│   │   └─────────────────────────────────────────────┘       │   │
│   │                                                          │   │
│   │   6 GHz 대역 (Wi-Fi 6E):                                │   │
│   │   ┌─────────────────────────────────────────────┐       │   │
│   │   │ + 가장 적은 간섭                             │       │   │
│   │   │ + 매우 넓은 대역폭                           │       │   │
│   │   │ - 최신 기기만 지원                           │       │   │
│   │   │ - 가장 짧은 범위                             │       │   │
│   │   └─────────────────────────────────────────────┘       │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   Wi-Fi 보안:                                                   │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   WEP (Wired Equivalent Privacy):                       │   │
│   │   - 구형, 취약 (사용 금지)                              │   │
│   │                                                          │   │
│   │   WPA (Wi-Fi Protected Access):                         │   │
│   │   - TKIP 암호화, WEP보다 개선                           │   │
│   │                                                          │   │
│   │   WPA2:                                                 │   │
│   │   - AES 암호화, 현재 기본                               │   │
│   │   - Personal (PSK), Enterprise (RADIUS)                 │   │
│   │                                                          │   │
│   │   WPA3:                                                 │   │
│   │   - 최신 표준 (2018)                                    │   │
│   │   - SAE (동시 인증), 향상된 보안                        │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

기타 무선 기술¶

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     기타 무선 기술                               │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                  │
│   Bluetooth:                                                    │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │   - 주파수: 2.4 GHz ISM 대역                            │   │
│   │   - 범위: ~10m (Class 2), ~100m (Class 1)               │   │
│   │   - 속도: ~3 Mbps (Classic), ~2 Mbps (BLE)              │   │
│   │   - 용도: 이어폰, 키보드, IoT 센서                      │   │
│   │   - 버전: 4.0 (BLE), 5.0 (긴 범위), 5.2 (LE Audio)      │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   Zigbee (IEEE 802.15.4):                                       │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │   - 주파수: 2.4 GHz                                     │   │
│   │   - 속도: 250 Kbps                                      │   │
│   │   - 저전력, 메시 네트워크                               │   │
│   │   - 용도: 스마트홈, 산업 자동화                         │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│   셀룰러 (3G/4G/5G):                                            │
│   ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│   │                                                          │   │
│   │   ┌────────┬───────────┬───────────────────────────────┐│   │
│   │   │  세대  │  속도     │            특징               ││   │
│   │   ├────────┼───────────┼───────────────────────────────┤│   │
│   │   │   3G   │ ~2 Mbps   │ 영상통화, 모바일 인터넷       ││   │
│   │   │   4G   │ ~100 Mbps │ 고속 데이터, VoLTE            ││   │
│   │   │  LTE   │ ~1 Gbps   │ (4G의 향상)                   ││   │
│   │   │   5G   │ ~20 Gbps  │ 초저지연, mMTC, eMBB          ││   │
│   │   └────────┴───────────┴───────────────────────────────┘│   │
│   │                                                          │   │
│   │   5G 특징:                                              │   │
│   │   - eMBB: 향상된 모바일 광대역                          │   │
│   │   - URLLC: 초저지연 신뢰성 통신                         │   │
│   │   - mMTC: 대규모 IoT 연결                               │   │
│   │                                                          │   │
│   └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

8. 연습 문제¶

기초 문제¶

1. 물리 계층의 주요 기능 3가지를 설명하시오.

2. 다음 매체를 전송 거리가 긴 순서대로 나열하시오. - UTP, 싱글모드 광섬유, 동축 케이블, 멀티모드 광섬유

3. Cat5e와 Cat6 케이블의 차이점을 설명하시오.

4. 스트레이트 케이블과 크로스오버 케이블의 용도를 각각 설명하시오.

응용 문제¶

5. 다음 상황에서 적절한 전송 매체를 선택하고 이유를 설명하시오. - (a) 사무실 내 PC 100대 연결 - (b) 두 건물 간 1km 거리 연결 - (c) 데이터센터 내 서버 간 40Gbps 연결

6. 2.4GHz와 5GHz Wi-Fi의 장단점을 비교하시오.

7. 100m 이더넷 케이블을 통해 1Gbps 데이터를 전송할 때, 전송 지연과 전파 지연을 각각 계산하시오. (케이블에서의 빛의 속도는 2x10^8 m/s로 가정)

심화 문제¶

8. 샤논 공식을 사용하여 대역폭 10MHz, SNR 1000인 채널의 최대 전송 속도를 계산하시오.

9. 광섬유가 구리 케이블보다 우수한 점을 5가지 이상 설명하시오.

10. 데이터센터에서 Cat6a 대신 광섬유를 선택하는 이유를 설명하시오.

정답

**1.** - 비트 동기화 (송수신 클럭 동기) - 비트 전송률 제어 (bps 결정) - 전송 모드 정의 (단방향/반이중/전이중) - 물리적 인터페이스 정의 (커넥터, 전압) **2.** 싱글모드 광섬유 (~100km) > 멀티모드 광섬유 (~2km) > 동축 케이블 (~500m) > UTP (100m) **3.** - Cat5e: 최대 1Gbps, 100MHz 대역폭 - Cat6: 최대 10Gbps (55m), 250MHz 대역폭 - Cat6이 더 높은 대역폭과 간섭 내성 제공 **4.** - 스트레이트: PC-스위치, 스위치-라우터 (다른 종류 장비) - 크로스오버: PC-PC, 스위치-스위치 (같은 종류 장비) **5.** - (a) Cat5e 또는 Cat6 UTP - 저렴하고 100m 이내 적합 - (b) 싱글모드 광섬유 - 장거리, EMI 면역 - (c) 멀티모드 광섬유 (OM4) 또는 싱글모드 - 고속, 데이터센터 표준 **6.** - 2.4GHz: 범위 넓음, 벽 투과 좋음, 혼잡, 속도 낮음 - 5GHz: 범위 좁음, 벽 투과 어려움, 덜 혼잡, 속도 높음 **7.** - 전송 지연 = 데이터 크기 / 대역폭 = (예: 1500바이트) / 1Gbps = 12 마이크로초 - 전파 지연 = 거리 / 속도 = 100m / (2x10^8 m/s) = 0.5 마이크로초 **8.** C = B × log2(1 + S/N) = 10,000,000 × log2(1001) ≈ 10,000,000 × 9.97 ≈ 99.7 Mbps **9.** 1. EMI 완전 면역 2. 매우 높은 대역폭 (테라비트급) 3. 장거리 전송 가능 4. 도청 어려움 (보안성) 5. 가벼운 무게 6. 부식 없음 7. 신호 감쇠 적음 **10.** - 40G/100G 이상 속도 필요 - EMI 간섭 환경 - 미래 확장성 - 장거리 연결 필요 (캐비닛 간) - 케이블 밀도 감소

다음 단계¶

05_Data_Link_Layer.md - 데이터링크 계층과 MAC 주소

참고 자료¶

Data Communications and Networking (Forouzan)
ANSI/TIA-568 Cabling Standards
IEEE 802.3 Ethernet Standard
Wi-Fi Alliance