컴퓨터 네트워크 용어정리 과제(2주차)

디지털신호와 아날로그신호

 

아날로그 신호는 신호의 크기가 시간이 흐름에 따라 연속적으로 변화하는 신호이다. 자연 상태의 정보로, 외부적인 원인으로 인해 신호가 계속해서 바뀐다. 아날로그 신호는 진폭, 주기(주파수), 위상으로 표현할 수 있다. 

 디지털신호는 시간이 경과함에 따라 0과 1만의 값을 가지는 신호이다. 정보를 이진데이터로 전달하므로 비트전송률과 비트간격으로 표현한다. 비트율은 1초 동안의 데이터 전송량으로 단위는 bps(bit per sec)이다. 비트간격은 1bit를 전송하는데에 걸리는시간을 말하며, 비트율의 역수이다.

아날로그신호와 디지털신호

 아날로그 신호의 장점은 쉽고 직관적으로 신호를 볼 수 있다는 것, 표현의 범위가 넓어서 품질이 매우 우수하다는 점이 있다. 또한, 디지털은 정해진 규격의 신호를 초과하면 신호를 처리할 수 없는데 아날로그 신호는 규격을 조금 초과하더라도 작동이 가능하다. 또한 디지털보다 보존성이 높다.

 아날로그 신호의 단점은 신호를 처리하는 시스템을 설계하기가 매우 복잡하다. 또한 부품이 노후화되면 신호가 손실되거나 변형될 수 있다. 가장 큰 단점은 잡음이나 전자파 등에 의해 신호가 왜곡이 될 수 있다는 점이다.

 디지털 신호의 장점은 전송속도가 아날로그 신호에 비해 매우 빠르고, 특정 데이터를 삭제하거나 추가하는 것이 가능하는 것이다. 그리고 데이터를 압축할 수도 있고, 신호를 전송하는 중에 발생한 오류도 검출할 수 있다. 신호의 왜곡이나 손실이 아날로그에 비해 적다는 것도 장점이다. 신호를 복제할 때에도 아날로그에 비해 정보의 손실이 적어 아날로그보다 더 안전성이 높다고 할 수 있다.

 디지털 신호의 단점은 아날로그신호보다 정보를 정확하게 구현하기는 어렵다는 것이다. 또한 고주파 영역에서 동작속도가 느리다. 규격이 존재하기 때문에 규격 이외의 신호가 들어오면 처리하지 못한다.

 

데이터의 단위

 

bit(binary digit) 는 데이터를 나타내는 최소단위이다. 컴퓨터 용량이나 프로그램 처리능력의 최소 단위로 사용한다. 한 비트 는 0,1 두가지의 정보를 표현 할 수 있다. 

byte는 컴퓨터가 조작하는 정보의 최소 처리 단위이다. 8bit가 1byte가 된다. 8bit가 1byte가 된 이유는 한 비트 당 나타낼 수 있는 정보가 2개이고 그 비트를 8개를 묶으면 표현할 수 있는 정보의 갯수가 2^8 가지 즉, 256가지가 되는데 256가지 정도면 숫자와 영문자를 모두 표현하고도 남아서 남은 공간으로 특수문자까지 표현할 수 있게 된다. 7bit를 한 단위로 사용하는 것보다 다루기가 편리해진다. 알파벳과 숫자 한 개가 1byte 이다.

KB(kilobyte) = 1Byte의 2^10배(=1024배)로  이미지, 텍스트파일, 프로그래밍 파일 등에서 볼 수 있는 단위이다.

MB(megabyte) = 1KB의 2^10배이다. 관용적으로 1MB 를 1024KB로 부르는 경우가 많다.1분 길이의 mp3 노래가 이정도 크기가 된다.

GB(gigabyte) = 1MB의 2^10배이다. 일반적으로 하드디스크 드라이브의 용량 단위로 사용된다. 30분 길이의 HD 영화 한편이 이정도 크기에 해당된다.

TB(terabyte) = 1GB의 2^10배

PB(petabyte) = 1TB의 2^10배

EB(exabyte) = 1PB의 2^10배

1EB = 10^18 byte

1EiB = 2^70 byte

(구글 포토에 저장된 사진의 갯수가 총 4조장에 육박한다고 한다. 사진 한장에 5MB라고 치면 20EB. 유튜브나 클라우드 자료까지 합하면 구글 데이터 센터의 디스크 용량은 30EB가 넘을 것으로 예상)

ZB(zetabyte) = 1EB의 2^10배 

1ZB = 10^21 byte

1ZiB = 2^80 byte

(미국의 research 기업에 따르면, 2018년을 기준으로 인류가 지금까지 생산해 낸 모든 데이터의 총 합이 33ZB를 넘겼으며, 22025년까지 175ZB를 기록할 것이라고 예측했다.)

YB(yottabyte) = 1ZB의 2^10배 

1YB = 10^24 byte

1YiB = 2^90 byte

( 어떤 매체에서는 2025년에 글로벌 데이터의 총 합이 요타바이트에 도달 할 것이라고 예측)

 

데이터의 단위는 SI 단위계 접두어에 따라서 붙는다. 10^6는 메가 10^9는 기가 등등 현재는 데이터의 크기가 10^24byte까지 늘어났으므로 10^24를 표현하는 요타를 사용한다. 미래에 데이터가 계속해서 생성되어 크기가 증가한다면 10^27를 의미하는 ronna 에서 따와 RB(ronnabyte), 10^30을 의미하는 퀘타에서 따와 QB(quettabyte)  가 될 것이다.

 

주파수와 대역폭, 최대 비트 전송률

주파수는 진동수라고도 하며, 진동이나 파동에서 1초동안 똑같은 상태가 반복되는 횟수를 말한다. 주파수의 단위는 Hz(헤르츠)를 사용한다. 전원 주파수가 60Hz라는 것은 1초 동안에 +,- 극성이 60번 바뀌는 것을 의미한다. 한국의 가전제품들은 보통 220V,60Hz의 표준 전압을 사용한다.

 

최대 비트 전송률은 1초 동안 최대로 보내는 비트 수를 말한다. 단위는 bps(bit per second)이다.

 

대역폭은 데이터를 보낼 수 있는 용량의 단위이며, 네트워크 성능을 분석하는 특성 중 하나이다. 대역폭은 두 가지 값을 측정하는 데에 사용된다 Hz와 bps 이다. Hz단위의 대역폭은 채널이 통과시킬 수 있는 주파수 영역을 말하고, bps단위의 대역폭은 채널이나 링크, 네트워크가 전송할 수 있는 초당 비트수를 말한다. 네트워크 링크를 도로로 표현한다면 HZ 단위의 대역폭은 도로에 지나다니는 차들의 속도를 말하고, bps 단위의 대역폭은 도로의 폭을 의미한다.

유선 전송 매체

<꼬임쌍선 twisted pair>

옛날 전화선에 사용되었던 매체로, 절연된 구리선의 쌍으로 이루어져있다. 꼬여있는 두개의 선에 흐르는 전류의 전압 차를 통해  0과 1의 데이터를 전송하였다. (선이 꼬여있는 이유는 외부의 노이즈에 의한 전류의 영향에 차이를 줄여 전송 데이터의 정확성을 높이기 위함) 100Mbps에서 10Gbps의 속도를 가진다. 100m ~ 1km 거리를 연결할 수 있으며, 도청이 가능하다.

 

<동축케이블 coaxial cable>

 같은 축을 공유하는 동심원 형태의 구리선 두 개가 쌍으로 이루어져 있다. 안쪽의 구리선은 데이터를 전송하고 바깥쪽의 구리선은 외부 노이즈를 차단하여 데이터를 빠르고 정확하게 보낼 수 있다. 데이터의 폭이 넓어서 한 케이블에 여러 채널을 할당할 수 있다. 1km~10km 거리를 연결할 수 있으며, 도청이 가능하다.

 

 꼬임쌍선이나 동축케이블은 구리선으로 전류를 통해 데이터를 전송하는 형태이다. 그렇다보니 몇가지 단점들이 있는데, 구리선을 통해 전류가 흐르다보면 저항이 발생하여 속도가 떨어지게 된다. 또한, 데이터가 전송되면서 외부 노이즈에 영향을 받을 수 있다. 이러한 단점을 보완할 수 있는 것이 광섬유이다.

 

<광섬유 fiber opitcs cable>

 빛의 형태로 데이터를 전달한다. 보통 구리선에 흐르는 전류의 속도는 빛의 속도의 2/3밖에 되지 않는다. 따라서 구리선으로 데이터를 전송할 때보다 광섬유를 이용하면 속도를 1.5배 더 빠르게 전송할 수 있다. 빛을 이용하기 때문에 외부의 전자기적 영향을 전혀 받지 않아 데이터의 변형이 일어나지 않는다. 저항이 발생하지 않아 멀리갈 수 있고, 속도도 매우 빨라 대역폭도 높다. 2Gbps~200Gbps의 속도를 가지고, 10km 에서 100km 까지 데이터를 전송할 수 있다. 도청도 불가능하다. 여러가지 장점이 있어 지금도 널리 사용되고 있다.