데이터 통신 정리 (3) - Internet, Mobile, Cellular, WIFI

(학교 수업 내용을 정리한 글입니다.)

 

네트워크의 예시

• Connectinless WAN

• ARPANET
• NSFNET
• INTERNET

• Connection-Oriented WAN

• X.25
• Frame Relay
• ATM

• Connectinless LAN

• Ethernet
• Wireless LANs

• Connectinless PAN

• RFID

Internet Architecture

• 이전에 개별적 Network로 존재했던 전화망, Tv망 등이 통합됨
• 여러 Network들이 계층적 구조를 가짐
• Backbone : 중추적인 Network를 의미. Backbone에 작은 Network들이 붙어있음.
• IXP : Network 연결 장소. Switch들이 모여있음.
• Peering : ISP간 대등한 관계를 표현. 비용이 들지 않음. (Client - Server는 비용지불이 필요)

Internet

• Internet은 거대한 Virtual Network - Network 자체는 다양하다.(mobile phone, 이더넷 등) 그 위에 IP Layer를 얹고, TCP / UDP Layer를 얹어서 마치 TCP/IP가 동작하는 하나의 Network처럼 보이게 한다.
• Internet은 Loosely Hierarchical Network - Tree 구조의 hierarchy에서 벗어나 같은 레벨의 Network끼리의 연결이 존재한다.

Mobile Phone Network

• 1G : Voice 아날로그 Signal 무선망으로 나르기 위함. 아날로그는 복사가 어려워서 정보 배포가 어려움.
• 2G : 디지털화 된 Voice Signal & Text 전송 목적 (디지털화 = 목소리나 텍스트를 일괄적으로 처리 가능) 디지털은 무한 복사가 가능해서 정보의 배포가 쉬워짐.
• 3G : 멀티미디어 데이터 전송 목적
• 4G : Faster, 여러개의 안테나 → 병렬적 I/O
• 5G : (개발중)

Cellular Network

• Cell 구조를 하면 Frequency를 재사용 할 수 있음.
• Mobile Phone Network의 구조는 Cell 구조 → Radio Spectrum을 효율적으로 사용하기 위함
• Signal은 Sin파로 구성. Sin파는 공중으로 전달될 때 모습이 변하지 않음.
• 서로 다른 주파수 대역을 가져서 간섭이 없어 동시에 통신이 가능함.
• 특정 주파수 대역을 누가 쓸지 경매하여 효율성을 추구함. 영역을 나누고 영역마다 주파수 대역을 할당함. 그래서 비쌈. 
• 한정된 주파수 대역은 Cell구조로 Frequency를 재사용 해서 더 많은 사람들이 사용할 수 있게 함.
• 거리가 멀다면 같은 주파수 대역을 사용할 수 있음. ex) 아래 그림에서 B2와 R3정도 거리??

Base Station은 Cell을 관장하는 일종의 스위치 역할을 함.

Mobile Phone Network의 구조

• 핸드폰 : End System 역할
• RNC : 모바일 기기마다 사용하는 주파수를 할당
• 전화가 갈 때 : RNC에서 Circuit을 통해 MSC, MGW 등을 거쳐 PSTN으로 감
• 데이터가 갈 때 : RNC에서 Packet을 통해 SGSN, GGSN 등을 통해 Internet으로 감.

Mobility 지원 방법

• Cell 구조의 단점 : Cell간 기기 이동시 주파수 재배정 필요.
• Frequency band 재배정 : 주파수를 재배정하는데에 시간이 걸리므로 전화 통화, Data전송에 약간의 중단이 발생함. 해결법은 Soft/Hard Handover

• Soft Handover : mobile 기기가 동시에 2개의 Base Station에 연결할 수 있게 함. 그래서 Cell 이동이 일어날 때, Cell이 넘어가기 전에 미리 등록을 함. 즉, 주파수를 미리 할당함.
• Hard Handover : Cell이 넘어간 후에 등록함. 그래서 약간의 끊김이 발생함.

• 기기가 어느 셀에 있는지 아는 방법 Permanent Address → HSS (Home Subscriber Server) 기기마다 home cell이 존재해서 Cell이 이동하면 AP가 home cell에 위치를 알려줌.

Wireless LANs (WIFI) - IEEE 802.11

• 단거리 Radio Signal
• 주파수 대역 : ISM band = 누구나 사용이 가능해서 경쟁함.
• 동작 방식 2가지 : Infrastructure Mode(Access Point 있음) / AD hoc mode (Access Point 없음)

WIFI 문제 (1) - Multipath Fading

• 신호가 에코와의 간섭에 의해 사라질 수도 있게 됨.
• 공유기에서 뿌릴 때 신호가 흩어지는데, 어디 부딪히고 굴절돼서 도달하는데 만약 Sin파, Sin파로 왔으면 증폭인데 Sin과 -Sin으로 왔으면 완전 충돌되는 거니까 도착했을 때 신호가 사라져버림. (주파수 자체는 변하지 않는데, 주파수들이 겹쳐서 증폭되거나 상쇄되는 것)

WIFI 문제 (2) - Collision

• 여러명이 공중을 통해 신호를 보내기 때문에 충돌할 수 있다. → CSMA / CA를 이용해서 해결
• CSMA / CA

• 데이터를 보내기 전에 Channel의 상태를 먼저 봄. 누군가 이미 보내고 있으면 안보내고, 아무도 안보내고 있으면(idle 상태) random만큼 쉰 다음에 보내고, ACK를 기다림. 왜냐면 동시에 2명이 보내면 100% 충돌이 나므로 쉬는 시간이 필요.

• Hidden Station Problem

• 모든 충돌을 CSMA / CA로 해결할 수 있는 건 아니다. 대표적인 예시가 Hidden Station Problem.
• 아래 그림에서 A입장에선 C가 없는 사람이고, C 입장에선 A가 없는 사람임. 그래서 A, C는 B가 놀고 있는 줄 알고 데이터 보내는데 알고보니 B는 이미 통신중이었던 거고, 그래서 충돌이 발생함.

RFID ( Tag + Reader )

• Tag( 마이크로 칩 + 안테나 )에 있는 정보를 읽어 낼 목적
• Passive RFID : 외부로부터 Power 공급받음.
• Active RFID : 자체적으로 Power Source를 가짐.
• WIFI처럼 충돌문제 발생 가능. ex) 몇몇 태그가 동시에 응답하는 경우

Sensor Network

• 센서가 달린 작은 컴퓨터이 Sensor Node들이 있는데, 수집한 정보를 Sink Node에 전달함.
• 설치 범위가 넓어서 라우터 역할을 하는 Relay Sensor가 필요함