# Induction medium & Non-guiding media in Data communication Goals: * 각종 전자기 신호(electromagnetic signals)와 광신호(optical signals)를 전달하는 전송매체(transmission media)의 구조(structure)와 특징(characteristics)을 설명할 수 있다. * 무선통신(wireless communication)에서 사용되는 전자기파(electromagnetic waves)를 분류(classification)하고 특징(characteristics)을 설명할 수 있다. --- ### 유도매체(Induction medium) * 송신하는 신호가 매체를 따라서 갈 수 있도록 길을 만들어주는 매체를 뜻함 * **개요(summary):** 아래의 사진처럼 물리계층에서 `전송매체(transmission medium)`를 제어하여 신호를 전달한다. 전송매체가 달라졌다고 하면 물리계층도 이에 맞추어 달라지는 상관관계를 가지고 있다. 다른 계층에는 영향이 없다. * 유선으로 연결되는 모든 것은 유도매체이다 ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713255398914/6836b700-a6d6-4594-a48c-5e7b6f9c4569.png align="center") * ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713244415380/a7fdf38f-cd18-41e0-b023-61de5fb4c642.png align="center") * **트위스티드-페어 케이블(Twisted-pair cable):** 한 쌍의 전선이 짝지어져 있으며 서로 꼬여 있는 구조적 특징을 가지고있다. * 케이블을 나란히가 아닌 꼬아서 배정되있는 이유? 외부의 잡음을 발생시키는 '잡음원'으로 부터 가해지는 잡읍의 양을 최소화할 수 있기 때문이다. * 전화기 발명가인 Alexander Graham Bell이 1881년에 개발 * `UTP(unshielded twisted-pair)`,`STP(shielded twisted-pair)`,`FTP(foiled twisted-pair)`로 구성 * **동축 케이블(Coaxial cable):** 두꺼운 전선을 중심으로 잡음에 대한 차폐를 고려한 케이블. * 트위스티드-페어 케이블보다 더 두껍고 비싸고 케이블이 잘 휘어지지 않는다. 그렇기 때문에 설치가 어렵지만 더 높은 주파수 영역의 방송신호를 운반할 수 있다. * RF신호 전송용 혹은 케이블TV, 초기 이더넷 등 * 사용되는 연결구: BNC * ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713245744039/4f31bf4d-a700-4381-96a7-793b5f65baf1.png align="center") * ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713245778924/61706fb8-0616-4f7a-8fa8-1626abc64138.png align="center") **광섬유 케이블(Optical Fiber): 빛의 특성**을 이용한 전송매체이다. * * 빛은 진공상태에서 300,000km/s의 속도로 전달(굉장히 빠르다) * * 밀도가 높은 매체를 통과시엔 속도가 감소된다. * * 중요하나의 균일한 물질 내에서는 직선을 이루며 이동하며, 밀도가 다른 물질로 들어갈 때에는 속도가 급격히 변화하면서 `방향이 전환된다 (굴절)` * 방향이 전환된다는 뜻은 굴절인데 자세한 설명은 맨 아래 주석참조 * 유리나 플라스틱으로 제작된 중심부는 Core보다 더 낮은 밀도의 유리나 플라스틱 피복(cladding)으로 둘러싸여 있음 반사 * 광섬유 연결구는 SC, ST, MT-RJ로 구분된다. ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713253894344/66f9fc27-e12d-4431-ab18-60722452ea47.png align="center") * **광섬유의 전파방식(Propagation model of Optical Fiber):** * 광원과 광섬유의 물리적인 특성에 따라 분류된다. * ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713254223889/e43c282d-a969-4ab6-8f93-d1f092c6bc8d.png align="center") Multimode (index: 밀도) * **다중모드 관계지수(Multimode step index)** * 광섬유 케이블에서 빛이 전달되는 특성과 비슷하다 * 코어의 밀도가 일정하게 유지되고 광선이 클래딩에 도착할 때까지 직선으로 움직이다가 클래딩에서 밀도의 급격한 변화로 인해 전반사가 일어나서 광선의 진로가 급격히 바뀌는 광섬유이다. 이 방법 말고 다른 방법도 존재한다. * 반사되어 도착하게 된 빛의 거리를 보면 각각 더 먼거리를 돌아서 오게 된다. 즉 이런 각각의 신호를 겹치고 겹치다보면 수신자입장에서는 원래의 신호를 복원하지 못할 수도 있게 된다. * **다중모드 등급지수(Multimode graded index)** * 코어의 밀도가 일정하게 유지되지 않는다. 코어의 밀도가 중심에서 바깥으로 갈수록 차츰 낮아지도록해서 광선이 *부드럽게 꺾여 신호의 왜곡을 감소*(위의 방법에 비교했을시) 시킨 광섬유. 하지만 이 기술은 쉽게 구현할수가 없어 단가가 올라가는 특성이 있다. * **단일모드(Single mode)** * 단일모드는 광섬유 케이블에 입장에서 가장 좋은 특성을 가지고 있다. * 코어의 직경을 줄여서 광선을 수평에 가까운 작은 영역의 각도로 제한하는 광섬유. * 이에 따라 광선들이 거의 동일한 경로로 전달되어 광신호의 *왜곡이 최소화*된다. * 가격도 비싸다. * 좋은 기술력을 비교하면 단일모드>다중모드 등급지수>다중모드 관계지수 ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713254710399/2ba18b63-deff-4c7b-970a-a52ee4d76425.png align="center") * **광섬유 케이블의 장점(Pros of Optical Fiber)** ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713255034612/b13ec3ab-2b7e-47e6-bcba-51829bcf767c.png align="center") **광섬유 케이블의 단점(Cons of Optical Fiber)**: 설치, 유지 및 보수가 어렵고 전문인력이 필요하다. 단반향 전파이다(빛은 단반향으로만 사용이 될수 있기때문에 한 쌍으로 케이블을 설치해야한다). 구리보다는 제작이 어려운이유로 비싸다. --- ### 비유도매체(Non-guiding media) **개요(summary)** * 무선을 사용하여 임의로 패턴을 조정하기는 힘든 매체를 뜻함. 무선전파임. * 유도매체처럼 별도의 케이블이 없으며 무선 통신과 같이 전자기 신호를 이용함 * 전자기 신호의 주파수에 따라서 특성에 차이가 발생함 * 아래의 사진처럼 3kHz부터 300GHz 까지 Radio wave and microwave가 있고 그 이후 부터는 빛의 영역으로써 적외선(Infrared), 가시광선(light wave)가 있다. * 높은 전파를 사용하는 microwave/ 낮은 전파를 사용하는 Radio wave * 물리적으로 볼때 모든 전파는 동일하고 주파수의 차이만 있다. ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713255349539/8bed352d-fc08-4d31-ad2d-5206ce960e64.png align="center") ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713255563282/8b0c2e6c-a19a-45be-b593-5b3aec766e07.png align="center") * 무선전파의 대역에 따라 이름이 다르게 구분된다. * AM라디오는 MF대역을 주로 사용하고 FM라디오는 VHF대역을 사용한다. * 위성통신은 SHF * **라디오파(Radio wave)** * 마이크로파에 비해서 낮은 주파수 대역을 사용 (3kHz ~ 1GHz) * 전파가 모든 방향으로 전파되는 전방향성을 가짐(안테나를 통해 파도처럼 전달됨) * 송신안테나와 수신안테나가 일직선에 놓일 필요가 없지만 같은 주파수를 사용하는 다른 안테나에 의해 방해 받는다. * 장애물을 통과(건물의 벽 등)할수 있어서 통신이 잘 된다. 하지만 스마트폰 같은 통신장치를 이용할 때는 실외/실내의 구분이 불가능하다. * 라디오나 티비같은 일대다 멀티캐스트 통신에 자주 사용된다. * **마이크로파(Micro wave)** * 주파수 1GHz~300GHz로 대역폭이 높다. * 전파가 정해진 방향으로만 전달되는 특성이 있어 송신/수신 안테나가 서로 마주보아야한다. 다른 안테나에 의한 방해가 적다. (라디오파와 반대) * 장애물을 통과하기 어려워서 건물안에 있는 사람이 통신 서비스를 이용하려면 중계기와 같은 부수적인 장비가 필요하다(불편함) 하지만 이것이 장점이 될 수도 있다. 위치기반 서비스를 제작할때 유용하다. * 휴대전화, 위성통신, 무선 LAN과 같은 유니캐스트 일대일 통신에 사용된다. * **적외선(Infrared)** * 주파수 300GHz~400THz 로 넓은 대역폭을 가지고 있다. 발전 가능성이 있다 * 빛이기 때문에 전될되는 영역의 한계가 있다. 주로 단거리 통신에서 사용한다 * 장애물을 전혀 통과하지 못한다 (종이조차도) 그러기 때문에 시스템간에 서로 영향이 거의 없다 * 태양빛에도 적외선이 포함된다. 외부에서 사용시엔 태양빛이 잡음이 되어 외부에서 사용이 곤란하다. * 눈으로 볼 수 없지만 열을 감지하거나 특정 물체의 온도를 측정하는데 사용할 수 있다. * **가시광선(Light wave)** * 주파수는 400 THz ~ 900 THz이다. * 가시광선은 인간의 눈으로 볼 수 있으며, 색상을 인식하는 데 사용된다. * 주로 조명 및 시각적 통신에 사용. 적외선은 열 이미징, 원격 감지, 열 카메라, 생체 인식, 원격 제어 및 통신 등 다양한 분야에서 사용중. * 광섬유 케이블은 가시광선을 이용하여 데이터를 고속으로 전송하고, 거리 통신에 사용된다. --- 추가설명(further reference) `전송매체(transmission medium)` 발신지로부터 목적지로 정보를 전달하는 모든 매개체이다. Cable or air `UTP Cable(unshielded twisted-pair)`: 전선을 짝지어 꼬아 만든 케이블의 한 종류. 서로 꼬여있는 페어(pair)가 여러개 뭉쳐서 하나의 외피 안에 포함된 케이블이다. 전화부터 이더넷까지 가장 흔하게 사용된다. ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713244850146/15a26a05-4788-4ccf-a2ae-bcd941e09773.png align="center") `STP(shielded twisted-pair)` ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713256807888/6fab904b-87d9-47ef-9276-85369a5cbb7c.png align="center") `FTP(foiled twisted-pair)` ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713256920752/7027ac27-fd81-4e5f-9206-99df1fbfac9f.png align="center") `케이블 실드(cable shield)` 전자기파 간섭을 피하기 위한 보호막 역할을 수행한다. 페어(pair)에 대한 실드와 케이블 전체에 대한 실드가 있다. * 재질과 형태로 Foil(F,얇은 알루미늄 포일로 감싸진 형태),Braid(S, 구리)로 구분된다. `케이블 카테고리(cable category)` Cat3, Cat4, 이런식으로 표현한다. 숫자가 높을 수록 등급이 올라가고 전송 가능한 속도도 높아진다. 대역폭이 넓어질 수록 케이블 카테고리가 올라간다. Cat 6, Cat 6a가 현재로썬 많이 쓰인다. `RJ45` 케이블과 장비를 연결하기 위하여 규격화(standardized)된 `연결구(modular connector)`의 한 종 `연결구(modular connector, RJ= Registered jack)` 케이블과 케이블, 케이블과 장비를 연결하기 위해 규격화된 연결구로써 암수가 서로 연결되는 형태로 구성된다. 위에 언급된 `RJ45`는 현재 가장 많이 사용된다. ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713245534243/8f9619d1-5164-47bd-9f23-92efb8f43014.png align="center") `빛의 특성 - 방향이 전환되는 특성을 가지고 있다(굴절)` ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713253529325/6f391977-8f50-4146-98f8-dbd9bcfcf7fb.png align="center") More dense: 밀도가 높다 / Less dense: 밀도가 낮다 * 밀도가 낮을때는 직진하지 못하고 꺾여 들어간다. '굴절(reflect)'이라고한다. * 가운데 수직인 부분과 비교해서 빛이 들어가는 경계각을 '입사각(angle of incidence)'이라고 한다. * 입사각을 점점 늘리다보면 '굴절'이 꺾이는데 어느 일정 순간부터는 완전히 꺾인다. (2번째) 이것을 '임계각(critical angle)'이라고한다. * 임계각이 커지면 빛이 외부로 나가지 못하고 전부다 반사가 되는데 (3번째) 이것을 '반사(reflect)'라고 한다. ![](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1713253787795/59bc764a-3570-4791-86b3-ad5a11f789d4.png align="center")