High-speed wired & high-speed wireless subscriber network technology in week 7
초고속 유선 & 무선 가입자망 기술, 데이터정보통신, 7주차
학습목표(Goals)
여러가지 초고속 유선 가입자망 기술의 개념과 특징을 설 명할 수 있다.
- 초고속 유선 가입자망 기술인 xDSL, CATV, FFTx, HFC, IEEE1394, USB의 역할을 이해한다.
초고속 무선 기술(High-speed wireless subscriber network technology)
VLAN과 VPN을 설명할 수 있다.
여러가지 초고속 무선 가입자망 기술의 개념과 특징을 설 명할 수 있다.
초고속 무선 가입자망 기술인 VLAN, VPN, WPAN, WLAN, WWAN의 역할을 이해한다.
초고속 유선 기술
(High-speed wired subscriber network technology)
가입자망(subscriber network)일반적으로 미디어 서비스나 통신 서비스를 제공하는 곳에 직접적으로 연결되는 네트워크를 가리킨다. 가입자망은 주로 개인 가정, 사무실, 상업 시설 등에서 사용되는 네트워크를 의미하며, 일반적으로 ISP(Internet Service Provider)나 통신사가 관리하고 운영한다.초고속 유선 가입자망 기술(High-speed wired subscriber network technology)의 개요유선망을 사용하여 가입자에게 인터넷 서비스를 제공해주는 망
구성: 순서대로 발전되었다
xDSL➡️CATV➡️FTTx➡️HFC➡️IEEE1394➡️USB*x은 알파벳이 바뀐다는 뜻디지털가입자회선 (xDSL, xDigital Subscriber Line)기본적으로 이미 깔려져있는 전화선에서사용하지 않는 주파수 대역을 사용하여 초고속 네트워크를 구축했기 때문에 비용이 저렴하다. 1999년부터 시작한 초고속 인터넷 서비스인 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)는 이 회선 방법을 사용하였다. 사용하지 않는 주파수 대역 관련 추가 설명은 맨 아래 주석참고.xDSL의 기술의 종류(variations of xDSL technology)
ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)업로드 속도:16~640Kbps, 다운로드 속도: 1.5~8Mbps이다. 전화선에 저주파(4KHz) 음성신호와 고주파 (1MHz) 데이터 신호를 동시에 전송하는데 스플리터라는 장치를 이용해서 신호를 분리한다. 추가적인 케이블 시공이 필요 없어 저렴하지만 전송 속도를 보장할 수 없다.HDSL(High-data rate Digital Subscriber Line)160Kbps ~ 2.048Mbps 전송속도.고속 디지털 가입자 회선 기존의 2선 방식 대신 4선 방식인 별도의 전화선을 사용하여 ADSL과 달리 업링크/다운링크의 속도가 같기때문에 대칭형 전송속도를 가지고 있다. 데이터 전용 회선이기 때문에 일반 전화는 사용 못한다.
SDSL(Symmetric Digital Subscriber Line)160Kbps ~ 2.048Mbps 전송속도. HDSL과 속도는 같지만 전화와 인터넷을 동시에 사용할 수 있다.VDSL(Very high-data rate Digital Subscriber Line)xDSL 기술 중 가장 빠른 속도를 제공한다. 가입자와 전화국 사이의 거리가 1 Km내이고 최대 1.5 km까지 가능하다. 양방향 최소 10Mbps 전송속도를 보장한다.
케이블TV (CATV, Cable TV)케이블TV망에서 미사용 대역을 이용하여 10Mbps이상의 속도로 인터넷 접속 서비스 제공한다. HFC(Hybrid Fiber Coaxial cable) 방식을 사용해서 인터넷 서비스업체와 지역 노드까지는 광케이블로 연결하고, 지역 노드부터 가입자간을 동축케이블로 연결한다.광가입자망 (FTTx, Fiber To the Home)광회선을 사용해서 빠르지만 비용이 더 든다FTTO(Fiber-To-The Office): 대도시의 업무 지구를 대상으로 광케이블을 포설하는 방식이다. 비용이 많이 들지만 기업들의 경우엔 인터넷 속도가 중요하므로 수요가 많은 대도시 업무 지구별로 광케이블화되었다.
FTTC(Fiber-To-The Curb): ‘Curb’는 도로의 연석(緣石)이라는 뜻이다. 주택 앞 도로의 작은 박스까지는 광케이블 설치하고 도로 앞에서 주택까지는 기존의 동선을 이용한다. FTTH보다 경제적이다.
광동축혼합망 (HFC, Hybrid Fiber Coaxial)케이블 TV 사업이 시작과 함께 도입되었다. 1995년 한국전력이 국내 최초로 광대역 HFC 네트워크 구축되었다. 광회선과 동축케이블이 혼합된 네트워크이다. 방송국과 전파 중계소까지는 광케이블을 사용하고 중계소에서 가입자까지는 동축케이블을 사용한다. 컴퓨터를 켜는 것과 동시에 인터넷을 바로 사용가능 사용하다. 10Mbps 이상의 초고속 인터넷서비스를 제공한다. 호주의 NBN은 이 기술을 사용해서 빠른 인터넷을 제공한다.IEEE1394일반적으로 가입자망으로 사용되지 않는다. IEEE 1394는 컴퓨터와 주변 장치 간의 고속 데이터 전송을 위한 인터페이스 표준으로, 주로 컴퓨터와 외부 장치(예: 디지털 비디오 카메라, 외장 하드 드라이브 등) 간의 연결에 사용된다. 이를 통해 비디오 및 오디오 데이터를 전송하거나 파일을 고속으로 전송할 수 있고 PC간 네트워크 연결이 가능하다.USB(Universal Serial Bus)2.0 과 3.0으로 나뉜다USB 2.0: 최대 480Mbps까지 데이터를 전송한다. IEEE 1394보다 빠른 속도와 기존 USB 기기와의 폭넓은 호환 성을 보인다.
USB 3.0: 초당 전송속도가 5Gbps로 기존 USB2.0 보다 10배 정도 빠르다. Idle, Sleep과 같은 저전력 모드 지원이 가능하다. 따로 전원 어댑터를 연결할 필요가 없게 되었다.
Full-Duplex: 동시에 수신,송신이 가능하다는 뜻 / Half-Duplex 동시에 송신, 수신이 불가능하다는 뜻
초고속 무선 기술
(High-speed wireless subscriber network technology)
초고속 무선 기술 전송 속도: 무선 방식으로 고속이동 시에 10Mbps급 서비스, 저속이동 및 고정 무선환경에서 50Mbps급 멀티미디어 서비스 제공한다.
Wi-Fi(Wireless Fidelity)또는LTE(Long Term Evolution)방식의 무선 인터넷망 구축이 활발하게 진행중이다.장점: 무선 네트워크는 이동성이 강하고 사용지역이 매우 넓다.
단점: 고품질 멀티미디어 서비스를 제공에는 속도 및 품질이 제한적이다.
여러가지 초고속 무선 가입자망 기술으로는 일반적으로 신호의 전달 범위를 기준으로 분류하는 방식을 사용한다.
개인영역 무선 통신망 (WPAN)
신호가 도달 범위가 가까운 수 미터 이내이고 자주 사용되는 무선 기술로는 블루투스(Bluetooth), 무선USB (Wireless USB), 지그비 (ZigBee)가 있다.
블루투스(Bluetooth) 향후 사물 인터넷 확산의 핵심적인 기술로 활용될 것으로 보이는 무선 기술이다. 비면허 대역인 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역을 사용한다.
1) 1999년: 1.0 버전 발표
2) 2009년: 3.0 버전 고속 전송이 필요한 경우는 IEEE 802.11 기술을 사용하였다.
3) 2009년 말: 4.0 버전 발표엔 초저전력 구동이 가능해서 전력을 적게 사용하는 기술을 실현했다.
4) 2013년: 4.1 표준 발표하여 인터넷 접속이 가능하고 센서로부터 수집된 데 이터를 스마트폰으로 직접 전송할 수 있게 되었다.
위와 같이 소비전력과 성능을 비약적으로 향상해서 발전해왔다.
무선 USB (Wireless USB):WPAN 환경에서 초고속 무선 멀티미디 어 스트리밍 서비스 및 파일 송수신 서 비스 등에 가장 적합한 기술이다. 최대 3m 거리에서 480Mbps, 최대 10m에서 110Mbps의 전송 속도로 거리가 멀수록 떨어진다. 사용하는 대역은 단파의 고대역(3.1~10.6GHz) 무선 통신 프로토콜지그비(Zigbee): 2.4GHz 무선 네트워크 규격의 대역을 사용하고 저전력, 저비용, 저속이 특징으로 하나의 무선 네트워크에 최대 255대까지의 기기를 연결한다. 반경 30m 내에서 20~250kbps의 전송속도 제공하고 실내외 대규모 무선 센서 네트워크를 구성가능하다. DSSS(Direct Secure Spread Spectrum) 기술을 사용한다.
근거리 무선 통신망 (WLAN)
신호의 범위가 수십~수백 미터이다
특징: 2.4~2.480 GHz 이 대역은 출력제한 범위 내의 제품이라면 정부의 허가 없이 자유롭게 사용 가능하다.
IEEE802.11b: 99년도에 고속 무선랜의 표준 규격으로 확정
IEEE802.11a: 5GHz의 고주파수 대역을 사용, 6~54Mbps 의 속도 제공
IEEE802.11g: 802.11b와 같은 대역을 사용, 최대 54Mbps의 속도 제공
핸드폰, 노트북 등 무선으로 사용하는 네트워크는 위의 프로토콜 표준을 따른다.
장점: 상호간섭이 존재하는 곳에서 매우 수신강도가 강한 속성을 가지 는 대역확산 기술을 이용한다. 단말기 증설과 이동에 유연함을 제공한다. 무선이기 때문에 배선을 억제하면서도 랜 시설을 확장할 수 있는 장점을 가지고있다. 전세계적으로 인정된 주파수 대역을 사용한다.
단점: 유선랜에 비해 고속 지원이 어렵다.
무선 광역 통신망 (WWAN)
무선신호의 도달거리가 수 킬로미 터 이상이다. 주로 이동통신회사를 통해 구현이 된다. 이론적 최대 전송속도는 하향 3Gbps, 상향 1.5Gbps (비대칭)이다.
추가설명(further reference)
사용하지 않는 주파수 대역 전화선: 일반적으로 1MHz이하의 대역폭 사용 케이블 TV선로: 5MHz에서 850MHz까지의 대역폭을 사용.
DDNS(Dynamic Domain Name System) 동적 IP 주소를 가진 네트워크 기기들이 외부에서 쉽게 접속할 수 있도록 도메인 이름을 업데이트하는 시스템이다. 가정용 인터넷 서비스에서는 ISP로부터 동적 IP 주소를 할당받는 경우가 많은데, 이런 경우 DDNS를 사용하여 가정 내부의 서버나 카메라 등에 외부에서 쉽게 접속할 수 있다.
인터넷 공유기 하나의 IP 주소를 이용하여 여러 컴퓨터에서 동시에 인터넷을 이용할 수 있게 하는 장치
CATV (cable television)과 HFC (Hybrid Fiber-Coaxial)의 차이점: HFC(Hybrid Fiber Coaxial) 기술은 CATV(Cable Television) 기술의 진보된 형태로, 둘 다 광섬유와 동축 케이블을 사용하여 인터넷 서비스를 제공한다. 그러나 CATV와 HFC의 차이는 주로 네트워크 구성과 기술적인 발전에 있다. 네트워크 구성이란 CATV 기술은 초기에는 단방향 텔레비전 신호 전송을 목적으로 개발되었다. 그러나 HFC는 광섬유와 동축 케이블을 조합하여 양방향 통신을 지원하여 더 빠른 인터넷 속도와 더 많은 서비스를 제공할 수 있다. 따라서 HFC 기술은 CATV에 비해 더 많은 기능과 성능을 제공하지만, 기존의 CATV 인프라를 업그레이드하는 데는 추가 비용이 발생할 수 있다. 그러므로 기존 CATV 인프라가 여전히 사용되는 경우도 있다. 또한 CATV는 주로 지역과 서비스 제공 업체 간의 계약 및 정부 규제와 같은 요인에 의해 결정다.
VLAN(Virtual LAN) 가상적인 LAN이다. 물리적으로 동일한 네트워크에 연결하지만 Virtual 즉 가상적으로 새로운 그룹을 만들어서 각각의 그룹 내에서만 통신이 가능하도록 하는 LAN 구성된다. 일반 LAN의 경우 단말이 다른 네트워크로 이동하는 경우 케이블을 뽑아서다시 연결하는 등 물리적인 변경과 IP주소 재설정과 같은 논리적인 변경이 필요하다. 하지만 VLAN에서는 다른 네트워크로 이동하는 경우에도 소프트웨어 를 이용하여 설정만 바꾸어주면 간단하게 변경이 가능하다. 많은 사람들이 연결되 있을경우 브로드캐스트 트래픽이 증가하여 네트워크 성능이 저하된다. VLAN은 이 트래픽 해소를 해결해준다.
예를 들어, 학교 네트워크에 학생과 교사의 컴퓨터가 모두 연 결될 수 있는 경우 VLAN을 이용하여 네트워크를 학생 그룹, 교사 그룹을 나눈다. 동일한 네트워크에 접속되어 있다고 하더라도 교사들끼리 주고받는 정보가 불필요하게 학생들에게 넘어 가는 일이 없게 된다.
VLAN 의 장점: 네트워크 보안성을 강화한다.
VPN(Virtual Private Network) 가상 사설 네트워크 특정 개인/회사가 쓰는 인터넷을 이용한 네트워크를 일컫는다. 지리적으로 떨어져 있는 본사와 지사 간을 연결하기 위하여 초 기에는 WAN이나 전용선을 이용하였는데 네트워크 규모가 커지면서 통신비용이 증가하게되고 이런 문제를 해결하기위해 가상 사설 네트워크가 등장했다.
네트워크 자체는 공중 네트워크(public network) 사업자 소유이고 물리적으로 사설 네트워크를 구축한 것이 아니라 공중 네트워크를 이용하여 구축하였다. 사설 네트워크가 요구하는 서비스를 제공하기 때문에 가상 사설 네트워크라고 한다. 여기에서 사용된 기술은 '터널링'이라는 기술이다.
터널링(tunneling)VPN을 구성하는 서버와 클라이언트 사이에 외부에 영향을 받지 않고 네트워킹이 가능하도록 가상의 터널을 생성하여 안전한 정보교환을 할 수 있게 하는 기술이다.공중 네트워크를 경유하여 데이터가 전송되기 때문에 보안이 중요하다. 데이터가 암호화되고 데이터가 안전하게 보호되도록 주소 및 라우터 체계가 비공개이다. 사용자 인증 및 사용자 액세스 권한 제한 등의 기능을 제공한다.
IrDA(Infrared Data Association) 적외선을 이용하여 데이터를 전송하는데 필요한 하드웨어 와 소프트웨어의 개발을 위하여 1993년 설립된 민간 표준 화 단체이다. 그런데 이 단체의 이름이 그대로 '규격명'으로 사용된다. 이 규격은 초당 115,200 비트의 디지털 정보를 송수신한다. 적외선 포트는 서로 일직선상에 마주보는 위치에 있어야 하는데 적외선의 특징상 중간에 장애물이 없어야 한다는 제약이 있다.
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 무선 네트워크에서 충돌을 방지하기 위한 프로토콜이다. 장치는 데이터를 전송하기 전에 빈 채널을 감지하고, 충돌을 방지하기 위해 일정한 시간을 대기한 후에 데이터를 전송한다. '숨겨진 터미널(Hidden terminal)' 문제를 예방하기 위한 기술 중하나이다.
숨겨진 터미널(Hidden terminal) 아래의 그림처럼 무선 스테이션의 신호 범위 때문에 두 개의 무선 스테이션 이 서로 인지 할 수 없는 경우이다. 이러한 문제가 생기는 이유로는 무선 네트워크에서는 여러 장치가 동시에 같은 주파수 대역을 사용하여 통신하기 때문에 신호 간섭이 발생할 수 있고 건물의 벽, 가구, 기타 물체 등과 같은 장애물을 통과하면서 신호 감쇠가 발생할 수 있다. 문제를 해결 하는 방법으로는 CSMA/CD, RTS/CTS프레임 사용 등이 있다.
MIMO(Multi-Input Multi-Output) 한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 활용하고 용량을 높이기 위한 스마트 안테나 기술이다. 비용이 든다.
