📘 0304 (화) 4반 – 강의 소개 & Chapter 1 #1~8 동영상
- 오늘 첫 수업은 한 학기 동안 진행할 내용들을 큰 숲으로 보여주는 시간이었다.
- 본 강좌가 본인의 삶 속에 어떤 영향을 줄지 생각해 보았나요?
- 모쪼록 종강할 때 즈음, 더도 말고 덜도 말고, 여러분 각 개인에게 의미 있는 한 가지를 얻어가길 바랍니다.
- Good luck :)
🔹 What is a 5-layer protocol stack used in the Internet?
- (L5) Application layer
- (L4) Transport layer
- (L3) Network layer
- (L2) Data link layer
- (L1) Physical layer
🔹 Development of new services and advances in technology are tightly coupled.
For example:
- Netflix service → DASH protocol at Application layer (L5)
- 5G and WiFi6E를 이용한 서비스들 → OFDMA (Chap.10) at Data link layer (L2)
- On-the-go streaming service → 4G/LTE (L2)
→ 그러나 이 모든 Internet 서비스들은 3계층에서는 **IP (Internet Protocol)**을 사용한다.
🔹 Types of network traffic
Different applications may require different quality of service to the Internet.
📌 Loss-sensitive applications
- Email, VoD streaming, Remote access (Telnet), P2P file sharing, Web document downloading
- 이런 응용들은 네트워크에 no loss를 요구함
📌 Bandwidth and/or Latency-sensitive applications
- Real-time applications like VoIP, real-time streaming, online gaming, etc
- 이러한 응용들은 최대 지연(max. delay) (허용가능한 지연의 최대치가 있음) and/or **최소 대역폭(min. throughput)**(최소한 이정도는 속도가 나와야해)을 요구함
🔹 Requirements of IoT (Internet of Things) services
- Low Cost in terms of device and S/W
- Low power (Current): usually battery-operated
- High Coverage (Radio range)
- High Capacity: high number of connections in a dense area
→ 5G is not good for IoT, thus LPWA (Low-Power Wide Area) has been developed.
LPWA types:
- NB-IoT for cellular
- LoRA and SigFox for non-cellular
🔹 IT Trends
- Higher frequency, higher data rate, smaller devices, cheaper
→ e.g., Tbps Ethernet / Gbps WiFi / Gbps 5G - Network has become more intelligent
→ 네트워크 장비들에게 요구하는 기능(firewall, load balancer 등)이 늘어남 - In the early 1990s, the advent of Web service led to the popularity of the Internet and security issues
- Mobility makes WAN traffic unpredictable
→ 이는 Cloud computing의 등장을 이끌었음
📘 0307 (금) 4반 – Chapter 1 #9~23 동영상
🔹 Technology Trends
🔸 Multi-cloud
- Public cloud: AWS, Azure, Google Cloud
→ Storage와 application 제공 (예: Office 365, Dropbox 등, SaaS/PaaS/IaaS) - Private cloud: 기업의 자체 데이터센터 (예: 네이버 ‘각’ in 춘천)
🔸 Edge Computing
- IBM 정의: IoT 디바이스 또는 로컬 엣지 서버 등 데이터 소스 근처에서 엔터프라이즈 애플리케이션을 실행하는 분산 컴퓨팅 프레임워크
- 목적: Public cloud를 사용할 때 발생하는 **latency(지연 시간)**을 줄이는 것
🔸 Network as a Service (NaaS)
- 비싼 H/W나 S/W 관리자가 없이 가입만으로 네트워크 구축 및 서비스 제공 가능
- NFV(Network Function Virtualization) 기능으로 활성화됨
🔸 국내 3개 SI(System Integration) 대기업
- Samsung SDS, LG CNS, SK C&C
🔹 고속 WAN의 성장 배경
- 클라이언트-서버 애플리케이션 구조
- Telecommuting(재택근무), off-premise(클라우드) 환경
- 예측 불가능한 트래픽 패턴 (데이터 흐름의 양, 방향, 빈도)
- 데이터 집약형 애플리케이션:
예: 3kbps 음성 → 50Mbps 8K 압축 영상
🔹 통신 응용과 네트워크의 융합
🔸 응용의 융합
- 음성, 데이터, 이미지, 비디오가 스마트 디바이스에 통합됨
🔸 네트워크의 융합
- 기존에는 Voice(PSTN), Data(Internet) 망이 분리
- 이후 ISDN으로 통합 → 4G부터는 이동통신망에서도 음성과 데이터가 하나로 통합
🔸 Layer 3 통합
- 모든 트래픽이 IP(Internet Protocol) 기반으로 운용되면서
응용 및 네트워크 융합이 가능해짐
🔹 참고 용어 설명
- PSTN (Public Switched Telephone Network)
→ 과거부터 사용되던 일반 아날로그 전화망 - ISDN (Integrated Service Digital Network)
→ 음성, 영상, 데이터 서비스를 하나의 통합된 디지털 네트워크로 제공
✅ 장비 분류 및 기능
🔹 Station / Host / Terminal / End Node
- 스마트폰, PC, 태블릿 등 Internet 가입자 장비
- L1~L5까지 모든 계층의 프로토콜이 실행됨
- 데이터 생성 및 수신, 송수신을 담당
- L4(예: TCP/UDP) 또는 **L5(예: HTTP/SMTP)**에서 주고받는 데이터는
**중간 장비(intermediate node)**에서는 볼 수 없음
🔹 Network Device / Intermediate Node
- 통신 사업자가 소유한 장비들
계층별 장비
- L1: Amplifier, Repeater, Hub, Connector
- L2: Bridge, Ethernet Switch(L2 Switch), Wi-Fi AP
- L3: Router
- 이 장비들은 데이터 생성이나 사용 없이, 단순히 처리만 수행
(Switching, Forwarding, Routing) - L4, L5 프로토콜을 실행하지 않으며, 이 계층의 데이터에 관심도 없음
Switching / Forwarding / Routing
- Switching: L1 동작, input/output 포트가 이미 정해진 상태에서 연결 수행
- Forwarding: L2/L3 기능, 입력된 데이터를 어떤 포트로 보낼지 결정
- Routing: Forwarding을 위한 경로를 찾기 위해
네트워크 장비들이 협력하여 수행하는 국가 단위 작업
🔹 End-to-End Path
- Source host에서 destination host까지 라우터들의 연속
✅ Transmission System
- TX(Transmitter) → (L1 장비들) → RX(Receiver)로 구성
- 구성 요소: Transmission media(광케이블, 이더넷, 무선 등), Network device
✅ NIC (Network Interface Card)
- L1, L2 계층을 포함
- End node는 하나 이상의 NIC을 필요로 함 (예: Ethernet, Wi-Fi)
- L2 Switch, Bridge, Wi-Fi AP, Router는
두 개 이상의 NIC을 이용해 데이터 Forwarding 수행
✅ Synchronization / Timing
- 수신자가 송신자가 의도한 신호를 그대로 수신하기 위해
L1, L2 계층의 프로토콜로 타이밍 동기화 필요 - 전송 시작/종료 시점, 각 신호(아날로그/디지털)의 1비트 길이 주기 맞춤
→ 6장에서 자세히 다룸
✅ Data Exchange Management
- Reliable 통신: no loss & in-order를 의미
- 데이터 전달 전에 상호 준비가 필요한 프로토콜은
Connection-oriented- 예: L4의 TCP, L2의 HDLC
- 동작 단계: (1) Connection setup → (2) Data transfer → (3) Disconnection
- 반대로 준비 과정 없이 전송하는 프로토콜은 Connectionless
✅ Error Detection & Correction (6,7장 내용 요약)
- Error Detection:
송신자가 보낸 그대로 수신되었는지(bit flip 없는지) 확인
→ L2, L4 프로토콜이 수행 - Error Correction:
에러 감지 시 프로토콜 동작 방식- Just dropping
- Dropping & reporting
- Dropping & re-receiving
✅ Recovery
- 송수신 간 통신 중 장애 발생 시
장애 이전 상태로 복원 가능하게 하는 기능 - 이 기능은 상태를 기억하는 stateful protocol이 필요
→ 하지만 오버헤드가 크기 때문에
인터넷에서는 대부분 stateless protocol 사용
(예: IP, HTTP)
✅ Flow Control vs. Congestion Control
구분Flow ControlCongestion Control
| 대상 | 수신자(RX)의 버퍼 | 라우터의 output buffer |
| 조절 주체 | 송신자(TX) | 송신자(TX) |
| 목적 | 수신자 버퍼 오버플로 방지 | 라우터 혼잡 방지 |
| 예시 프로토콜 | HDLC(L2), TCP(L4) | TCP |
🔸 Flow Control
- 송신자가 수신자의 처리 속도를 초과하지 않도록
송신 속도(sending rate)를 조절
🔸 Congestion Control
- 특정 시간에 특정 라우터의 output buffer로 트래픽이 몰리는 것을 말함
- 경로 상 자원을 확보하지 않고 전송 시작하기 때문에 발생
- 송신자가 라우터 혼잡을 고려해 전송 속도를 조절
📘 0311 (화) 4반 – Chapter 1 #24~32 동영상
🔹 Two Technologies for Increasing Link Utilization
- Multiplexing
- Compression
예: TDMA(2G 폰)에서의 음성 압축
🔹 Multiplexing vs. Multiple Access (또는 Media Access Control)의 유사점과 차이점
🔸 Multiplexing
- L1 기술 (H/W 기반)
- Point-to-point 링크 토폴로지에서 사용
(예: 라우터 ↔ 라우터, 교환기 ↔ 교환기 → WAN) - 사용자(User)를 고려하지 않음
- 예시: TDM, FDM, OFDM 등
🔸 Multiple Access (또는 MAC: Media Access Control)
- L2 기술 (S/W 기반)
- Multipoint-to-point 토폴로지에서 사용
(예: LAN 환경) - 사용자를 구별하기 위한 주소 작업 필요,
그리고 동시 접속 시 발생하는 충돌 처리가 핵심 이슈 - 예시:
- Cellular: FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA
- Non-cellular: CSMA, CSMA/CD(Ethernet), CSMA/CA(Wi-Fi)
✅ Two WAN Technologies
🔹 1. Circuit Switching (CS)
- 고정된 사용자 수만 동시에 사용 가능
- 모든 사용자 장치가 고정된 데이터 속도 애플리케이션 사용
(ex: 아날로그 음성통신 전화기 – 3kbps)
Connection Setup
- 데이터 전송 전 반드시
경로(end-to-end path) + 자원(link bandwidth) 예약 → 고정
장점
- 연결 중에는 버퍼링 필요 없음
- 큐잉/처리 지연 없음 → In-order delivery 보장, Guaranteed service
TDM 사용
- Layer 1에서 Synchronous TDM 사용
- Pre-assigned 시간 슬롯 → 주소 지정 불필요 → 비트 오버헤드 없음
- 단점: 입력 사용자들이 유휴 상태면 대역폭 낭비 발생
요약
- 사용자 수 고정
- 예시: PSTN (공중 전화망) – 음성 통신
🔹 2. Packet Switching (PS)
- 비연결형 구조
- 애플리케이션이 간헐적(intermittent)이고, bursty한 트래픽을 발생
- 엔드 스테이션이 다양한 데이터 속도를 가짐
Connection Setup 없음
- 송수신 사이에 e2e 경로/자원 사전 설정 없음
- 데이터 전송 시작 전 지연 없음
메시지 분할
- 하나의 큰 메시지를 여러 개의 작은 패킷으로 분할
- 각각의 패킷은 독립적으로 전송됨
→ 각 라우터는 해당 패킷이 어떤 애플리케이션에 속하는지 모름 → stateless IP
특징
- 라우터마다 라우팅 필요 →
순서 뒤바뀔 수 있음(out-of-delivery)
→ 그러나 유연성은 CS보다 높음 - 통신 중에는 processing, queueing, transmission 지연 발생 가능
→ **손실(loss)**도 가능
TDM 방식
- Layer 1에서 Statistical TDM (or Asynchronous TDM) 사용
- 동적으로 슬롯 할당
- 각 데이터는 주소 정보 포함 필요 → 비트 오버헤드 존재
- 하지만 간헐적이고 bursty한 트래픽에는 적합 →
한 사용자가 전체 링크 대역폭 사용 가능
요약
- 예시: Internet
📘 0314 (금) 4반 – Ch1 #33끝 & Ch2 #114 동영상
🔹 LAN vs. WAN
- WAN은 트래픽 패턴, 관리, 토폴로지 측면에서 LAN보다 더 복잡함
- WAN은 LAN보다 오류/혼잡이 더 많음
- WAN은 예측이 더 어려움
- WAN은 LAN보다 사용 가능한 링크 대역폭이 적음
- LAN의 온프레미스 서버 접근이 WAN의 클라우드 접근보다 빠름
- WAN은 LAN보다 비용이 더 많이 듦
- 하지만 WAN에 사용되는 링크의 용량 자체는 LAN보다 큼
(예: 해저케이블은 Tbps, 학교 LAN은 Mbps 또는 Gbps)
🔹 Internet (WAN)
- 1990년대 WWW 등장으로 인터넷 활성화됨
- 초기 국제 트래픽은 위성통신 사용 → 느리고 비쌈 → 해저케이블로 대체됨
- 현재 한국은 부산, 태안, 거제의 3개 해저케이블을 통해 국제 트래픽 처리 중
🔹 Internetworking 구조
- 서로 다른 소유주의 네트워크들이 연결됨
- 각 네트워크의 운영 독립성 보장
- 네트워크 연결을 위한 최소 조건만 충족하면 연결 가능
3가지 Internetworking 방식
- IXP (Internet eXchange Point)
→ 다수 ISP가 제3자 중립시설을 통해 연결됨 - Peering
→ 두 ISP 간 직접 연결 - PoP (Point of Presence)
→ 고객 ISP가 공급자 ISP의 네트워크 장비를 통해 연결
- Multi-homed ISP:
여러 공급자 ISP(IXP, PoP, Peering)에 연결되어 신뢰성 높은 ISP
🔹 CO vs. CPE
- CO (Central Office)
→ 통신사의 장비들이 위치한 센터 - CPE (Customer Premises Equipment)
→ 사용자가 보유한 장비 (ex: 스마트폰, PC)
🔹 예시: ISP/NSP 구분
"헬로 모바일은 KT, SKT, LGU+ 망을 모두 사용하여 통신 품질을 높인다"
- 헬로 모바일: ISP (인터넷 서비스 제공자)
- KT, SKT, LGU+: NSP (네트워크 장비 제공자)
🔹 표준화 기구 및 관련 기술
기구역할 및 예시
| IEEE | L2 MAC 프로토콜: Ethernet(802.3 CSMA/CD), Wi-Fi(802.11 CSMA/CA) |
| IETF | L3~L5 프로토콜: IP, TCP, UDP, HTTP, SMTP, DNS 등 |
| ANSI | ASCII (컴퓨터 간 전자 통신을 위한 표준 인코딩) |
| ITU | ATM, FR, X.25 등의 신호 프로토콜 / ITU-R은 이동통신 주파수 논의 |
📘 Chapter 2
🔹 Define a Protocol
- 계층화된 프로토콜 스택에서 통신 기능은 각 계층의 하위 기능으로 나뉨
- 한 장비의 N계층 프로토콜은 다른 장비의 동일한 N계층 프로토콜과 메시지를 교환하며 통신
메시지 구성
- Header: 제어 정보 포함
- Payload: 상위 계층에서 전달받은 데이터 (전달하고자 하는 실질 데이터)
🔹 프로토콜이란?
- 서로 다른 장비의 같은 계층 프로토콜 모듈 간에
- 데이터 형식 (syntax)
- 의미 (semantics)
- 동작 순서와 행동
을 정의한 규칙의 집합
🔹 인터넷 통신 시스템은 Peer Layer Protocol Architecture 기반
- 각 계층 프로토콜은
- 하위 계층의 서비스 사용자 (ex: TCP는 IP 사용)
- 상위 계층의 서비스 제공자 (ex: TCP는 HTTP 지원)
SAP (Service Access Point)
- 인접한 두 계층 간의 인터페이스
- Application layer와 Transport layer 사이의 SAP → socket → 앱 개발자는 socket programming만으로 네트워크 구현 가능
🔹 TCP/IP 프로토콜 스택에서 각 계층의 역할
계층역할예시
| L5) Application Layer | 송수신 호스트 간 응용 서비스 제공 | HTTP, SMTP 등 (각 프로세스는 고유 포트 번호 사용) |
| L4) Transport Layer | 호스트 간 프로세스 간 통신 제공 | TCP, UDP |
| L3) Network Layer | 호스트 간 통신 (라우팅 포함) | IP |
| L2) Data Link Layer | 물리적으로 인접한 노드 간 데이터 전송 | Ethernet, Wi-Fi, HDLC 등 |
※ L5, L4 계층은 **종단 장치(호스트)**에만 존재하고 라우터 등 네트워크 장비에는 없음
🔹 IP(Internet Protocol) at Layer 3
- Host-to-host delivery service 제공
→ Source host에서 destination host로 IP 주소 기반 전달 - Best-effort, stateless protocol
→ Flow/congestion control, error correction 기능 없음
IP는 어디에?
- Host와 Router 모두에 존재
- Host는 default router로 데이터 전송
- 라우터는 routing protocol로 다음 hop 결정
- → Host에는 routing protocol 없음
IPv4 주소
- 32-bit address
- Format: a.b.c.d (0 ≤ a, b, c, d ≤ 255)
- 예: 203.24.53.1
IP 주소는?
- OS가 아닌 **NIC(Network Interface Card)**에 할당되는 파라미터
- 서버/라우터에 NIC가 여러 개면 IP 주소도 여러 개 설정 가능
📘 0318 (월) 4반 – Chapter 2 #15~끝 동영상
🔹 Addressing a Particular Host in the Internet
- 인터넷에서 특정 host(A)에서 실행 중인 **특정 process(예: HTTP server)**에 데이터를 전달하려면
IP address + port number가 필요함 - 즉, A의 NIC에 설정된 IP address와, 해당 HTTP server process가 사용하는 port number 80번을 알아야 함
- IP address는 집 주소, port number는 집에 사는 수취인에 비유할 수 있음
→ 우편과 마찬가지로, 중간 라우터들은 IP address만 보고 목적지 host까지 전달하고
host 안에서 해당 프로세스를 port number로 찾아감
✅ TCP vs. UDP at Layer 4 (Transport Layer)
🔸 Similarities
- Application layer의 process를 port number로 구분
- 서버는 well-known port number (예: 80 → HTTP),
클라이언트는 OS가 임의로 할당한 port number 사용 - 둘 다 Checksum 기반 오류 검출 기능 있음
🔸 Differences
항목TCPUDP
| 연결 방식 | Connection-oriented | Connectionless |
| 서비스 특징 | Reliable (no-loss, in-order) | 빠름, 부가 기능 없음 |
| 사용 예 | 손실에 민감한 응용 | 지연에 민감한 응용 또는 smart application |
| 추가 기능 | Flow Control, Congestion Control 있음 | 없음 (상위에서 처리해야 함) |
✅ Protocol Examples
- ICMP (Internet Control Message Protocol)
→ IP 패킷 전송 중 발생한 오류를 source에 알려주는 용도 - OSPF, RIP, BGP
→ 라우터에서 실행되는 라우팅 프로토콜
→ Host는 라우팅 프로토콜 없음
→ 그냥 패킷을 **기본 라우터(default router)**로 보냄
✅ PDU (Protocol Data Unit)
- 각 계층 프로토콜이
다른 노드의 동일 계층 프로토콜과 주고받는 정보 단위
구성
- Header: 제어 정보 포함
→ 상위 계층에 제공할 서비스 수행용
→ 헤더가 클수록:- 더 많은 제어 정보 포함
- 상위 계층에 더 많은 기능 제공
- 처리 시간 증가 가능성 있음
※ 예: IPv6는 헤더 크기는 IPv4보다 크지만, 필드 수는 줄어들어 기능 축소됨
- Payload:
→ 상위 계층 프로토콜의 PDU
→ N계층은 (N+1)계층의 PDU를 자신의 Payload로 포함
✅ PDU 이름, 주소, 예시 프로토콜 (TCP/IP 5계층 기준)
계층PDU 이름주소예시 프로토콜
| L5 - Application | Message | URL | HTTP, SMTP, FTP, SSH, DNS, RIP 등 |
| L4 - Transport | Segment | Port Number | TCP, UDP |
| L3 - Network | Datagram (or Packet) | IP Address | IP |
| L2 - Data Link | Frame | MAC Address (예: 48-bit in Ethernet/Wi-Fi, 7-bit in HDLC) | Ethernet, Wi-Fi, HDLC |
| L1 - Physical | Bit | 없음 | Twisted Pair, Coaxial, Optical Fiber, 무선, 위성 등 |
✅ History of the Internet and TCP
- 1970년대 ARPANET: 초기 인터넷 형태 → 당시에는 TCP 대신 NCP 사용
- 이후 NSFnet으로 성장 → TCP/IP 도입
- 1990년대 초 WWW 발전과 함께 현대 Internet 등장
- 다수가 접속하게 되며 보안(Security) 이슈 대두
✅ SAP (Service Access Point)
- 한 장비 내 인접한 두 계층이 **함수를 호출(function call)**해서 소통하는 논리적 위치
→ 사용되는 primitive: request, indication, response, confirm 등 - 예: TCP가 IP 모듈을 호출하면서 TCP segment를 인자로 넘김
- TSAP (Transport SAP)
→ Application Layer와 Transport Layer 사이의 SAP
→ 일반적으로 socket이라 부름 - Socket을 사용하면
개발자는 네트워크 구조를 몰라도
OS가 제공하는 라이브러리만으로 네트워크 프로그래밍 가능
📘 0321 (금) 4반 – Chapter 4 #1~21 동영상
🔹 Transmission System
- 전송 시스템은 다음과 같은 구성:
[ TX(transmitter) → (layer 1 device) → RX(receiver) ]
🔹 Transmission Delay vs. Propagation Delay
- Transmission delay:
→ 단위 시간에 주어진 데이터를 (frame 내 bits) 신호로 변환하는 데 소요되는 시간
→ **링크 성능(transmission rate)**에 영향 받음 - Propagation delay:
→ 신호(1bit)가 송신기에서 수신기까지 도달하는 데 걸리는 시간
→ 링크 길이에 영향 받음
🔹 A Signal
- 하나의 신호는 **여러 개의 주파수(frequencies)**로 구성됨
- 신호의 **절대 대역폭(absolute bandwidth)**은
주파수 스펙트럼에서의 주파수 범위의 너비
예시:
- 10GHz, 20GHz, 30GHz → absolute bandwidth = 20GHz
🔹 Analog Signal vs. Digital Signal
- Digital 신호는 Analog 신호보다 감쇠가 빠름
→ 같은 거리를 전송할 경우 더 많은 repeater 필요 - Analog 신호는 noise 제거가 어려움
→ noise까지 함께 증폭하는 amplifier 사용 - Analog는 distortion(왜곡), **interference(간섭)**에
Digital보다 더 민감
🔹 Modem vs. Codec
변환 방향사용 장치
| Analog data → Digital signal | Codec |
| Digital data → Analog signal | Modem |
🔹 Repeater vs. Amplifier
항목RepeaterAmplifier
| 기능 | 신호 세기 증가 + noise 제거 후 재생성 | 신호 세기 증가 (noise 포함) |
| SNR 영향 | SNR 증가 | SNR 감소 |
| 대상 | Digital signal | Analog signal |
🔹 Transmission Media
- 송신기(TX)와 수신기(RX) 사이에서
데이터를 **전자기 신호(bit stream)**로 전달하는 물리적 경로
유형
- Direct link:
→ TX와 RX가 **layer 1 장비들(amplifier, repeater, hub, connector)**만 통해 연결됨 - Point-to-point:
→ 오직 두 장치만 직접 연결된 링크
→ 두 장치가 동시에 TX하면 신호 충돌(collision) 발생 가능 - Multi-point:
→ 3개 이상의 장치가 공유 링크로 연결됨
→ 하나의 TX가 전송 시, 모든 RX가 수신
→ 둘 이상의 TX가 동시에 전송 시 collision 발생
🔹 Channel Bandwidth (BW)
- BW는 채널 내 정의된 주파수 스펙트럼의 범위
고려할 요소
- Effective bandwidth는 noise를 고려한 실제 BW
- 데이터 전송률(data rate)은 BW를 초과할 수 없음
- BW는 attenuation, distortion, noise, interference에 영향을 받음
비교 예시
- A 채널 BW > B 채널 BW → A가 더 많은 데이터를 전송할 수 있음
→ 단, 전송 매체의 특성까지 함께 고려해야 정확한 판단 가능
단위
- BW는 Hz 또는 bps로 표현됨
→ 예: 10GHz BW = 10Gbps
🔹 High Frequency vs. Low Frequency
- High frequency는 다음과 같은 특징을 가짐:
- 더 많은 대역폭 구현 가능
→ 예:
- 5GHz Wi-Fi: up to 1300Mbps
- 2.4GHz Wi-Fi: up to 540Mbps - 커버리지는 짧아짐
- 감쇠(attenuation)에 더 민감
→ 단, 전송 매체에 따라 보정 가능
(예: Optical fiber는 high frequency 사용하지만 attenuation 낮음) - 파장이 짧아 더 작은 안테나 및 디바이스 설계에 유리
📘 0325 (화) 4반 – Chapter 4 #22~32 동영상
🔹 Shannon’s Law
- 최종적으로 데이터 전송률(data rate)을 높이기 위해서는
**Bandwidth(BW)**와 **SNR(Signal-to-Noise Ratio)**를 모두 증가시켜야 한다.
🔹 SNR (Signal-to-Noise Ratio)
- 실제 RX에서 에러 없이 신호를 판독하기 위해서는
TX가 보내는 신호 강도의 절대값만 높이는 것으로는 부족함 - 전송 매체에서 발생하는 impairment
(attenuation, distortion, noise)를 극복하는 기술이 병행되어야 하며,
결국 RX가 받는 신호가 잡음보다 충분히 커야 한다. - 따라서 데이터 전송률을 높이기 위해서는 BW와 SNR을 함께 증가시켜야 함.
🔹 용어 정의
1. Attenuation (감쇠현상)
- 신호 세기가 거리(media length), 주파수(frequency), 매체 자체 특성에 비례하여 감소
- 복구 수단:
- Amplifier: 아날로그 신호용
- Repeater: 디지털 신호용
- 예: Optical fiber는 고주파를 사용하지만 TP보다 같은 거리에서 감쇠가 적다
2. Delay Distortion
- 유도 매체에서 발생
- 신호를 구성하는 주파수별 전송 속도가 다르기 때문에
신호가 out-of-phase 되어 왜곡 발생
3. Noise
- TX가 생성한 신호가 아닌, 의도하지 않은 신호 (외부 간섭 포함)
🔹 매체별 데이터 전송 특성
- Guided media: 전송률은 매체 자체 특성에 따라 달라짐
- Wireless media: 전송 성능은 **신호의 Bandwidth(BW)**에 주로 좌우됨
🔹 전송 속도(Transmission Capacity) 및 통신 거리(Communication Distance)에 영향을 주는 요소들
- Bandwidth
- 높은 주파수 → 더 넓은 BW → 더 높은 데이터 전송률 가능
- SNR
- 전송 중 발생하는 impairment 제거
- TX의 신호 세기 자체도 관련 있음
- 수신기 수 / 통신 방식 (Point-to-Point vs. Multi-point)
- 매체에 연결된 수신기 수가 많을수록 감쇠량이 커짐
✅ 유선 전송 매체 비교 (3종류)
항목Twisted Pair (TP)Coaxial Cable (coax)Optical Fiber
| Frequency | 낮음 | 중간 | 높음 |
| BW (Data rate) | 100Mbps | 수백 Mbps ~ 수 Gbps | 수십 Gbps ~ Tbps (100m 기준) |
| Error Rate (Reliability) | 높음 (신뢰도 낮음) | 중간 | 낮음 (신뢰도 높음) |
| Attenuation | 큼 | 중간 | 작음 |
| → Repeater 간격 | 짧음 | 중간 | 김 |
| → Repeater 수 | 많음 | 중간 | 적음 |
| Transmission Distance | 수백 m | 수 km | 수십~수백 km |
| Number of Receivers | 적음 | 중간 | 많음 |
| Cost | 낮음 | 중간 | 높음 |
📘 0328 (금) 4반 – Chapter 4 #33~53 동영상
🔹 Types of TP (Twisted Pair)
- UTP
- FTP
- F/UTP
- S/FTP
🔹 Signal Power Relations in TP at RX
- Pt: 송신 시의 신호 세기 (Signal strength at TX)
- Pr: 수신 시의 신호 세기 (Signal strength at RX)
→ 거리↑, 주파수↑ → Pr↓ - Pc: 가까운 TX에서 유도된 crosstalk strength at RX
🔹 주요 용어 정리
1. Insertion Loss (AdB)
- 정의: Pt/Pr의 함수
- 의미: 감쇠량 (낮을수록 좋음)
- Pt에서 AdB만큼 줄어든 것이 Pr
- 주파수, 거리에 비례
2. NEXT Loss (NEXTdB)
- 정의: Pt/Pc의 함수
- 의미: crosstalk을 얼마나 제거했는지 (클수록 좋음)
- 주파수에 반비례, 거리에는 무관
3. ACR (Attenuation-to-Crosstalk Ratio)
- Pr과 Pc를 비교한 비율
- 이상적 조건: NEXTdB > AdB → 즉, Pr > Pc
- 그렇지 않으면 crosstalk cancellation이 필요
🔹 정리
- 수신된 신호(Pr)를 복원하기 위해서는
**옆 TX에서 유도된 crosstalk(Pc)**보다 Pr이 더 커야 함 - 즉, NEXTdB > AdB, 다시 말해 Pr > Pc 조건이 성립해야 함
- 고주파수로 갈수록 이 조건을 만족시키기 어려워짐 →
crosstalk cancellation 기술 필요
🔹 Applications of Wired Medium
매체응용 분야
| TP | Telephone line, Ethernet, Subscriber loop (LAN) |
| Coax | CATV, Ethernet, Subscriber loop (LAN), Long-distance telephone (WAN), Submarine cable (WAN) |
| Optical Fiber | Ethernet, Subscriber loop (LAN), Long-distance telephone (WAN), Submarine cable (WAN) |
🔹 Types of Antenna
1. Omnidirectional Antenna
- 한 평면에서 모든 방향으로 균등하게 신호 방사
- 예시: Dipole 안테나
- 적용: 라디오 방송, 휴대폰, FM 라디오, 무전기, 무선 네트워크, GPS 등
2. Directional Antenna
- 특정 방향으로 더 강하게 방사
- 예시: Parabolic, Helical, Horn 안테나
- 적용: 셀룰러 네트워크의 섹터 셀, 위성 TV, LAN 간 연결 등
🔹 고주파 무선통신의 종류
주파수 대역통신 예시전파 방식
| 30MHz ~ 1GHz | FM, UHF/VHF TV | Radio LoS |
| 1GHz ~ 30GHz | Satellite comm, Wi-Fi, 전자렌지, 셀룰러 | Radio LoS |
| 30GHz 이상 | 적외선, 자외선, 가시광 | Optical LoS |
🔹 Microwave Communication – Terrestrial Microwave
- Parabolic 안테나 사용, 방향 고정
- Line-of-Sight 방식 → 고지대 설치
- 안테나 크기: 2m ~ 20m
- 주파수가 높을수록 안테나 크기는 작아짐
- Optical or coax 설치가 어려운 곳에서 장거리 통신 용도로 사용
🔹 Microwave Communication – Satellite Microwave
- 위성은 중계기 역할 수행
→ uplink → (repeater or amplifier) → downlink
주파수 분리 이유:
- RX/TX를 동시에 실행하려면 uplink와 downlink의 주파수가 달라야 함
- 지상에서 전력 공급이 더 쉽기 때문에 uplink 주파수가 더 높음
- 사용자는 downlink 속도에 민감 → 통신사는 downlink 성능을 더 높게 설계
📝 보충: Chap.4 슬라이드 #37 해설
- X축: 주파수 대역 (오른쪽으로 갈수록 고주파)
- Y축: Decibel 단위 (위로 갈수록 0, 아래로 갈수록 큰 값)
그래프 해석
- AdB(attenuation) 그래프와 NEXTdB(crosstalk 제거량) 그래프가 교차하는 지점:
→ 250MHz - 즉, 250MHz 이하에서는
NEXTdB > AdB → Pr > Pc 성립 → RX에서 신호 수신 가능 - 250MHz 초과 주파수에서는
감쇠량↑, crosstalk↑ → Pr < Pc 될 가능성↑ →
→ crosstalk cancellation 필요
Cat6A 예시
- cancellation 적용 시 500MHz까지 통신 가능
- 이로 인해 500Mbps 성능 구현 가능
- 단, "500MHz = 500Mbps"는 아님 (주의)
📘 0401 (화) 4반 – Ch4 #54끝 & Ch6 #111 동영상
🔹 Microwave Communication – Satellite Microwave
- Relay 기능:
uplink → (repeater or amplifier) → downlink - 위성에서 RX와 TX를 간섭 없이 동시에 실행하기 위해
uplink와 downlink는 서로 다른 주파수를 사용함 - 지상에서 전력 공급이 더 쉽기 때문에
uplink의 주파수가 downlink보다 더 높음 - 응용(가입자)은 보통 downlink 속도에 민감
→ 따라서 위성 통신 사업자는 downlink 속도를 더 높게 설계
🔹 Three Wireless Propagation Operations
주파수 대역전파 방식예시
| ~ 2 MHz | Ground wave propagation | AM 라디오 |
| 2~30 MHz | Sky wave propagation | 군용 통신, 아마추어 무선 |
| 30 MHz ~ | Radio LoS (Line-of-Sight) | FM/UHF TV, 이동통신, Wi-Fi, 위성통신 |
| 광대역 | Optical LoS | 가시광선/적외선/자외선 등 |
※ Radio LoS는 Optical LoS보다 더 긴 거리 지원 가능
📘 Chapter 6
🔹 Serial Communication
- 1비트를 하나씩 순차적으로 전송하는 방식
- 가장 중요한 요소는 TX와 RX 간의 clock 동기화
🔹 Asynchronous Serial Transmission
- L1에서 clock sync 없음
- L2 프레임에 timing 정보 포함
Timing Info 구성
- 1 start-bit
- 1~2 stop bits
- 선택적 1-bit parity (even/odd) → 오류 검출용
응용
- 5~8비트 크기의 짧은 데이터
→ 예: 키보드, 타자기 등 - Overhead가 크고, 고속 통신에는 비효율적
데이터 비트 수가 많아질수록:
→ 효율성↑, 하지만 타이밍 오류 가능성도↑
🔹 Synchronous Serial Transmission
- L1에서 clock sync 지속 유지
- 방법:
- 별도 clock 신호 전송 (추가 와이어 필요)
- 데이터 신호에 clock 포함 (encoding)
- L2에서는 framing만 신경쓰면 됨 (패킷 경계 인식)
🔹 Manchester Encoding
- 디지털 인코딩 방식의 하나
- 송신 측: 비트 중간에 전압 변이 생성
- 수신 측: 전압 변이 감지 → 비트 판단 → 속도 인식 가능
특징:
- 송수신 간 동기화가 쉽고, 오류율이 낮음
- 단점: 최대 2배의 Bandwidth 필요
예:
10Mbps 품질을 요구하면
10Mbps Ethernet 카드로는 Manchester Encoding 방식으로는 불가능
Encoding 방식의 종류
- G.E. Thomas Convention:
"1" = high → low (10)
"0" = low → high (01) - IEEE 802.3 Convention:
"1" = low → high (01)
"0" = high → low (10)
※ Data와 Clock 간의 XOR 연산으로 인코딩 수행 가능
🔹 용어 정리: Encoding vs. Framing
항목정의예시
| Encoding | 비트 스트림에서 각 비트를 정확히 인식 | Manchester Encoding 등 |
| Framing | 패킷 경계를 정확히 인식 | Layer 2 framing 기능 |
🔹 Async vs. Sync Serial Transmission – 비교
- Async: 타이밍 정보 삽입 필요 → 오버헤드↑, 저속 적합
- Sync: 지속적 clock sync → 고속 통신 적합, encoding 필요
🔹 Error Detection – 원리 및 방식
기본 원리
- 데이터 전송률이 높을수록 → 비트 오류 영향도 큼
- 프레임 길이가 길수록 → 오류 프레임 수신 확률 증가
3가지 주요 오류 검출 방식
- Parity Check
- CRC (Cyclic Redundancy Check)
- Internet Checksum
📘 0404 (금) 4반 – Chapter 6 #12~끝 동영상
🔹 [25번 슬라이드 오류 정정]
- initialization:
x⁵·D(x) for 4-bit FCS → ❌
x⁵·D(x) for 5-bit FCS → ✅ - finding frame:
x⁴·D(x) + ... → ❌
x⁵·D(x) + ... → ✅
🔹 Parity Check (L2 또는 L1)
- Odd/Even parity: Data + Parity 비트의 1의 개수가 홀수/짝수가 되도록 설정
- 단일 패리티: 홀수 개 비트 오류는 감지 가능, 짝수 개는 감지 불가
🔹 2-D Parity Check
오류 유형감지정정설명
| 단일 비트 오류 | 가능 | 가능 | 정확한 위치 예측 가능 |
| 행 또는 열 내 짝수 개 비트 오류 | 가능 | 불가능 | 위치 예측 불가 |
| 행 또는 열 내 홀수 개 비트 오류 | 가능 | 가능 (불완전 정확도) | |
| 직사각형 형태 짝수 개 오류 | 불가능 | 불가능 | |
| 직사각형 형태 홀수 개 오류 | 가능 | 가능 (불완전 정확도) |
※ 에러 감지는 가능해도 수정을 못하는 경우는 정확한 비트 위치 예측 불가하기 때문
🔹 Internet Checksum (IPv4 / TCP / UDP)
- 예: Source가 전송할 메시지 = 5AD3 EE35
- Destination에서 받은 메시지 = 59D3 EF35 B6F6
→ 에러가 있어도 감지되지 않는 예시 - 감지 불가능한 에러 패턴:
16비트 간격의 비트 교환(swap)
→ 덧셈의 교환 법칙(commutative law) 때문
🔹 CRC (Cyclic Redundancy Check) at L2 or L1
개념
- CRC(n, k):
T(n) = D(k) + F(n-k),
F(n-k)는 FCS(Field Check Sequence) - TX와 RX는 동일한 **divisor P(x)**를 공유
→ TX는 **T(n)**이 P로 나눠 떨어지게 FCS 생성
→ RX는 T(n) ÷ P로 오류 검출
🔹 CRC 구현 방식 (3가지)
- Modulo-2 연산 기반
- Polynomial 연산 기반 (mod-2 사용)
- 디지털 논리 회로
예시
- D(k) = 10 bits,
P(x) = x⁶ + x⁴ + x² + 1 (→ 7 bits),
FCS = 6 bits
→ 총 전송 비트 수: 10 + 6 = 16 bits - 디지털 회로 구현 시:
6개의 1-bit shift register + 3개의 XOR gate 필요
🔹 2가지 오류 정정 방식: BEC vs. FEC
구분설명
| BEC (Backward Error Correction) | 오류 발생 시 재전송 요청 (ARQ) |
| FEC (Forward Error Correction) | 송신 시 오류 정정 가능한 코드 포함 |
🔹 BEC가 부적절한 상황
- 전파 지연이 큰 위성 통신
- 데이터 전송률이 낮은 무선 환경
- 지연 민감한 실시간 응용
🔹 FEC 예시 – Hamming Code H(n, k)
항목정의
| n | 코드워드 비트 수 (총 전송 비트 수) |
| k | 원본 데이터 비트 수 |
| r | Redundant bit 수 = n - k |
- Redundancy rate = r / k
- Code rate = k / n → 실제 전송 속도 감소 비율
예
- 응용이 40Mbps 요구, Code rate = 4/7
→ 필요 채널 BW = 40 × (7/4) = 70Mbps
🔹 연습문제
Q) TX와 RX가 H(7,2) Hamming Code로 FEC 수행,
상위 계층이 1Mbps data rate 요구
→ 최소 요구 Bandwidth = ?
- Code rate = 2/7
→ 채널 BW = 1Mbps × (7/2) = 3.5Mbps
📘 0408 (화) 4반 – Chapter 7 #1~19 동영상
🔹 슬라이드 #7-4 정답 (단위 주의)
- Transmission delay: 12 microseconds
- Propagation delay: 0.33 microseconds
✅ Flow Control
🔸 목적
- 수신기(RX)의 버퍼 오버플로를 방지하기 위해
송신기(TX)가 **전송 속도(sending rate)**를 조절하는 것
🔸 Flow Control 관련 시간 개념
- Transmission time:
프레임의 모든 비트가 링크에 실리는 시간
→ L bits / R bps - Propagation time:
비트 하나가 TX에서 RX까지 이동하는 시간
→ d / V
✅ Stop-and-Wait Flow Control
- TX는 한 프레임 전송 후, RX의 ACK을 받기 전까지 다음 프레임 전송 불가
- 즉, 한 번에 한 프레임만 링크 위에 존재
- RX가 ACK을 보내지 않으면, TX는 전송을 멈춤
🔸 효율성
- 프레임이 작거나 전체 프레임 수가 많을수록 비효율적
- Sliding Window 방식보다 효율 낮음
🔸 Link Utilization 계산
- Utilization = Transmission time / Total operation time
- One cycle = T_trans + 2 × T_prop
(프레임 전송 + ACK 수신 대기까지) - **거리(d)**가 작을수록 → propagation time 짧아짐 → utilization 증가
- **L(프레임 크기)**가 크면
→ Propagation 시간 동안 링크가 더 많은 비트를 전송 가능
→ utilization 증가 - 결국, Stop-and-Wait의 idle 시간을 줄이기 위해 Sliding Window 등장
✅ Sliding Window Flow Control
- W개의 프레임을 ACK 없이 동시에 전송 가능
- TX는 W만큼의 프레임을 ACK 없이 보낼 수 있음
🔸 W (Window size)의 정의
- W = TX가 ACK 없이 전송 가능한 프레임 수
- 단위: frames
- W의 크기는 RX의 버퍼 크기 고려해서 설정
- 프레임에 k-bit 시퀀스 번호가 필요
→ 번호는 0 ~ (2^k - 1) 순환
🔸 W 설정 시 유의사항
- W ≥ 2^k 불가
→ 예: k = 3이면 0~7 사용 → W는 최대 7 (8은 안 됨)
이유:
- RR4가 F4를 새로 요청하는 의미인지,
기존 F4를 재요청하는 의미인지 판단 불가하기 때문 - W는 보통 2^k보다 1 작게 설정 (예: 7)
- RX 버퍼 상황에 따라 더 작게 (6, 5, 4...) 설정 가능
✅ Sliding Window의 ACK 종류
- RR5: F4까지 수신 완료, 다음은 F5 요청
- RNR5: F4까지 수신 완료, F5는 수신 불가 상태
✅ Piggybacking
- Full-duplex 통신에서만 사용 가능
→ 한 노드가 송·수신 동시 가능할 때
Case 1 – 데이터 + 새로운 ACK 동시 전송
- F5 전송 + RR4 포함
- Frame header: seq num = 5, ACK = 4
Case 2 – ACK만 전송
- 데이터 없고, RR4만 전송
Case 3 – 데이터 + 같은 ACK 재사용
- 이전에 보낸 RR4 이후 받은 게 없고, F6 전송 시
- Header: seq num = 6, ACK = 4
🔸 Stop-and-Wait보다 효율적인 이유
- Sliding Window는 ACK 대기 중에도 프레임 전송 가능
🔸 특정 시간 내 전송 가능한 프레임 수 계산
- 설정된 W 값에서 아직 ACK 못 받은 프레임 수 빼면
→ 추가 전송 가능한 프레임 수
✅ Sliding Window Utilization
Case 1 – 100% Utilization
- W ≥ (T_trans + 2 × T_prop) / T_trans
→ TX는 첫 프레임 전송부터 ACK 수신까지 계속 전송 가능
Case 2 – < 100% Utilization
- W < (T_trans + 2 × T_prop) / T_trans
→ Utilization = (W × T_trans) / (T_trans + 2 × T_prop) × 100
📘 0411 (금) 4반 – Chapter 7 #20~끝 동영상
📝 공지사항 요약
- 수업 시작 시 중간고사 안내 있었음 → 참고
- 4월 15일(화): 수업 없음
- 온라인 질문은 4월 17일(목) 저녁 6시까지 가능
→ 시험은 4월 18일(금) 오전 11시
✅ Automatic Repeat Request (ARQ)
🔸 Reliable Transmission이란?
- No loss & in-order data transfer
- 즉, 2계층이 ARQ를 수행하면
→ 3계층 IP 모듈은 손실 없이, 순서대로, 중복 없이
이전 노드의 IP 패킷을 받을 수 있음 - ARQ는 Backward Error Correction (BEC)
→ TX가 재전송하는 방식
🔹 Lost Frame Detection 방법
- TX에서 timeout 발생 시
- **Sliding Window 사용 시, RX에서 frame 순서 어긋남(out-of-order)**으로 감지
✅ Stop-and-Wait ARQ
- Positive ACK만 사용 (ACK0, ACK1)
- Negative ACK은 없음
Q: 왜 ACK0/ACK1을 교대로 사용하는가?
- ACK이 유실될 경우
→ TX가 같은 프레임을 재전송할 때,
RX가 중복 전송인지 구별하기 위함
✅ Go-Back-N ARQ (GBN)
- ACK 프레임 2가지:
1. RR (Receive Ready)
2. REJ (Reject)
Q: REJ5의 의미는?
- F5부터 이후 프레임까지 다시 전송 요청
→ go back to F5
파라미터 설정
- Send window size = (2^k) – 1
- Receive window size = 1
- k: 시퀀스 번호 필드의 비트 수
동작 방식
- TX는 가장 오래된 unacked frame에 타이머 하나 부착
→ 해당 타이머 만료 시, 그 프레임부터 재전송
✅ Selective Reject ARQ (SR)
- ACK 프레임 2가지:
1. RR
2. SREJ (Selective Reject)
특징
- GBN보다 재전송 오버헤드가 적음
- RX는 더 많은 버퍼와 복잡한 관리 필요
- Long propagation delay 또는 low bandwidth 환경(ex. 위성 통신)에 적합
설정 조건
- Send window size = Receive window size = (2^k) / 2
- 이유: 재전송될 수 있는 프레임의 번호와 새로 수신될 프레임의 번호가 겹치지 않아야 함
동작 방식
- TX의 각 frame에 개별 타이머 부착
→ 타이머 만료 시 해당 프레임만 재전송
✅ High-level Data Link Control (HDLC)
기본 특징
- Point-to-point WAN 링크에 사용 가능
- TCP와 유사하게 connection-oriented protocol
→ 3단계 운영:
1. Link setup
2. Data transfer
3. Link disconnect - Ethernet은 48-bit MAC address 사용
→ HDLC는 8-bit address 사용
프레임 구조
- Flag 필드로 프레임 구분
→ Bit-stuffing 필요 - HDLC 프레임 유형 (3가지):
- Information frame (I-frame)
- Supervisory frame (S-frame)
- Unnumbered frame (U-frame)
Q: 어떤 프레임이 IP 패킷 전달에 사용되는가?
→ I-frame
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