Layer
네트워크가 계층 구조를 가지는 이유 : 네트워크에서 필요한 기능들이 많아 복잡하기 때문.
기기들이 서로에게 데이터를 주고받을 수 있는데, 각자의 특성과 설계가 다름.
네트워크를 통해 통신을 하려면 전체 시스템을 모듈로 나눠서 구성.
네트워크는 전체 시스템을 각각의 계층으로 분리 시켜 사용.
계층 구조 - 인접해 있는 계층들 사이에 interaction 기반으로 움직임.
=> 특정 계층만 관리하기에 용의하고 구현이 쉬움. 문제가 생겨도 그 계층만 업데이트 하면 됨.
Physical layer
실제 무언가를 이용하여 정보를 주고받고, 데이터의 transmisstion을 실제 행동으로 옮김. 이때 데이터는 비트.
- Guided media : 일반적으로 유선링크에서, 데이터가 선을 따라 가는것.
- Unguided media : 일반적으로 무선링크에서, 데이터가 공기중으로 퍼지는것.
Transmission Terminology
데이터를 주고받을때 링크의 특성.
- Simplex : 수신자만 보내고, 송신자는 받음. ex)TV
- Half duplex : 양방향이지만, 수신할때에는 송신을 못받고, 송신할때에는 수신을 못함. ex) 무전기
- Full duplex : 양방향통신 가능.
Radio
전자기파를 이용해서 신호를 전달. RF.
사용자는 Full duplex라고 느끼지만 실제로는 half duplex.
오늘날 근거리 통신, 광범위 통신, 위성 통신에 사용.
관리보수가 쉽고 유선을 사용할때 드는 설치, 정리 비용이 들지않음. 이동성이 생김.
하지만 Error rate이 높고, 거리에 따라서 많은 영향을 받음.
Basic Concepts of Data Transmission
Radio Frequency
전자기파는 임의의 주파수를 가질 수 있는데, 특정 주파수(3 kHz ~ 300 GHz)안에 들어가는 것을 RF라고 gka.
더 낮은 주파수는 소리대역이라서 사람들이 들을 수 있고, 더 높은 주파수는 시각대역이라서 빛으로 보임. 낮은 주파수대로 갈수록 소리의 특성을 띄게되고 높은 주파수대로 갈수록 빛의 특성을 띄게 됨.
RF 주파수 영역에 따라 이름을 붙일 수 있음.
가장 많이 쓰이는 영역은 HF와 VHF영역. 와이파이는 UHF, SHF를 사용
낮은 대역 : 멀리, 여러방향으로 퍼짐. 장애물에 영향을 크게 받지않음 - 통신용으로 적함.
높은 대역 : 가시성만 확보되면 data rate높아짐 - 위성 통신용으로 적합.
Analog & Digital signal
아날로그 : 연속적인 값을 가지는 데이터.
디지털 : 비연속적인 0과 1의 값만 가지는 데이터.
아날로그 신호 : 값이 연속된 신호.
디지털 신호 : 두개의 다른값 사이가 연속되지 않고 최소단위로 이동하는 신호.
무선 통신시 RF에 정보를 실어서 나르는데, 여기에 실리는 신호는 analog / digital 둘다 가능.
Send information over Air
두가지 용어를 알아야함.
Baseband signal - 보내야 하는 메시지 / 정보 자체를 나타내는 신호.
Carrier signal - Baseband signal과 같이 합쳐져서 보내지는 신호.
서로다른 신호들은 합쳐질 수 있고 각각의 반대파형의 신호로 이것들을 다시 복원할 수 있음. Baseband signal과 Carrier signal을 합쳐서 Amplitude modulated signal을 만들고 이것을 수신.
이때 Baseband signal을 Carrier signal의 Amplitude(진폭), Frequency(주파수), Phase(위상)에 실을 수 있음.
* Modulated 하는 이유 : 장거리 전송, 다중화 용이, 안테나 크기 축소 등등
Signal Modulation
Signal의 기본특성
- Amplitude 진폭 : 신호의 최대 세기. 에너지를 많이주면 진폭이 커짐.
- Frequency 주파수 : 몇개의 신호가 1초동안 생기는지.
- Phase 위상 : 신호들 중에 어디서부터 어디까지 쓸 것인가.
특정한 RF에 대해서 이 세개의 특성을 조절해 Carrier signal을 원하는 형태로 만들 수 있다.
Modulation & Demodulation
송신자가 Digital data를 보내려면 먼저 Digital modulation을 통해 Analog Baseband signal로 변환.
그 후 Baseband signal을 Carrier signal과 합쳐주는 modulation을 통해 특정한 RF를 만들어 송신.
수신자는 받은 신호를 Demodulation을 통해 Baseband signal을 구하고, 이것을 다시 디지털 데이터로 변환.
디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 이유 결론 파트 참조
Digital Modulation
Digital Modulation은 다른말로 Shift keying이라고 부름.
총 3가지 방법으로 SK를 할수 있음.
- Amplitude Shift Keying (ASK) : 1과 0의 진폭차이를 이용해서 바꿈.
- Frequency Shift Keying (FSK) : 1과 0을 주파수차이를 이용해서 바꿈.
- Phase Shift Keying (PSK) : RF의 모양을 구분해서 바꿈. ex) 하강->상승시 1, 상승->하강시 0
PSK에서는 여러가지 바리에이션이 있음.
BPSK : 한신호당 1비트를 나타냄. 2가지의 신호를 보낼수 있음 (0 / 1)
QPSK : 한개의 신호를 가지고 2비트를 나타냄. 4가지의 다른 종류의 신호를 보낼 수 있음. (00 ~ 11)
Reference
https://www.bmc.com/blogs/osi-model-7-layers/
https://www.researchgate.net/figure/Figure-1-1-Radio-frequency-spectrum-1_fig1_308904991
https://medium.com/@shortnote/what-are-digital-signals-and-analog-signals-advantages-of-digital-methods-a0c37c60ea94
