[네트워크] 인터넷의 구조와 네트워크의 종류와 발전과정

🌐 Internet - Nuts and Bolts View

인터넷은 '구름처럼 보이지만', 사실 그 내부에는 수많은 구성 요소들이 복잡하게 얽혀 있습니다. 이번 글에서는 인터넷을 구성하는 실질적인 요소들—호스트, 라우터, 통신 링크, ISP, 프로토콜 등—에 대해 정리해보겠습니다.

---

📌 네트워크는 무엇으로 구성되는가?

📎 네트워크는 네트워크의 네트워크다

인터넷은 수많은 하위 네트워크가 상호 연결된 네트워크의 네트워크(Network of Networks)입니다.

🖥️ 주요 용어 정리

• Hosts (End Systems)
• 스마트폰, 노트북, IoT 기기 등 인터넷에 연결된 모든 디바이스를 말합니다. 모든 트래픽의 시작과 끝은 host입니다.
• Apps
• host 위에서 실행되는 소프트웨어. 예: 웹 브라우저, 이메일 클라이언트 등

결국 end system은 edge에 있는 디바이스이며, 이들이 통신 링크와 스위치를 통해 코어 네트워크에 연결됩니다.

 

---

📦 Packet Switches: 패킷 스위칭 장치

• L3 라우터(Routers): IP 기반 경로 지정
• L2 스위치(Switches): MAC 주소 기반 전송

패킷(Packet)은 데이터를 일정 크기로 나눈 단위이며, 패킷 단위로 전송됩니다.

스위치는 통신 링크로 연결되어 있으며, 이를 통해 패킷을 전달합니다.

---

🌐 Communication Links (통신 링크)

네트워크 장치(컴퓨터, 라우터, 스위치 등)를 연결하는 물리적 또는 논리적 경로입니다.

• 전송 매체 종류: 광케이블, 구리선, 무선(RF), 위성 등
• Transmission Rate: 대역폭(Bandwidth), 즉 링크가 초당 전송 가능한 비트 수

전송률은 네트워크 성능의 핵심 지표입니다.

---

🌎 Internet: 네트워크들의 집합

인터넷은 수많은 device, router, link 들이 구성하는 복잡한 구조입니다.

이 구조는 ISP(인터넷 서비스 제공자)들을 통해 계층적으로 구성됩니다.

---

🏢 ISP: 인터넷 서비스 제공자

• 예: KT, SKT 등
• 통신 케이블, 라우터, 링크 등 인프라 설치에 막대한 투자가 필요
• 국가 기반의 핵심 산업

KT는 전화망, 모바일망, 인터넷망 등을 융합해 단일 IP 기반 네트워크를 구축하고 있습니다.

---

🎬 Content Provider Network

• 예: YouTube, Netflix 등
• 자체 인프라 없이, 여러 지역 데이터 센터를 통해 서비스를 제공
• 사용자와 가까운 데이터 센터를 이용하면 속도가 빠름
• 소규모 Core Network를 자체 운영

---

🧭 ISP 계층 구조

• National or Global ISP
  • 국제적인 백본망 보유
  • 지역 ISP들과 연결됨
• Local or Regional ISP
  • 지역 단위로 서비스 제공
• Enterprise Network
  • 예: 건국대학교 네트워크
    • 로컬 링크 → 지역 ISP → 글로벌 네트워크

---

🔗 Internet Protocols

인터넷은 수많은 장비가 서로 다른 시점, 장소, 방법으로 통신해야 하기 때문에 프로토콜이 필요합니다.

• 역할: 메시지의 전송 및 수신 제어
• 프로토콜은 약속된 규약이며, 신뢰성과 호환성을 위해 표준화가 필요합니다.

---

📜 Internet Standards

• ITU: 국제 전기통신 연합
• RFC (Request For Comments): 프로토콜 표준 문서
• IETF (Internet Engineering Task Force): 프로토콜 개발/표준화 조직

---

💻 Internet - Service View

인터넷은 애플리케이션에게 서비스를 제공하는 인프라입니다.

• 웹, 동영상, 미디어 등 다양한 응용 서비스 제공
• 분산 애플리케이션(distributed application) 에게 프로그래밍 인터페이스(API)를 제공

---

🧷 주요 개념

• Hooks: 애플리케이션이 인터넷 서비스를 이용하기 위한 연결 지점
• 우편 시스템(Post Office)을 비유로, 앱에게 다양한 Service Options를 제공

---

🌐 A Closer Look at Internet Structure

인터넷 구조를 구성하는 핵심 요소들을 자세히 살펴봅니다. 각 구성 요소는 인터넷의 기능적, 물리적 기반을 형성합니다.

---

🧩 Network Edge

• Hosts: clients and servers
• Servers: 종종 데이터 센터에 위치

---

🔌 Access Networks & Physical Media

• Wired 및 Wireless 통신 링크
• End systems를 edge router에 연결하기 위한 다양한 방법:
  • Residential access networks
  • Institutional access networks (학교, 기업)
  • Mobile access networks (WiFi, 4G/5G)

---

🌐 액세스 네트워크의 개요

액세스 네트워크의 종류

• 케이블 기반 액세스 네트워크
  • 미국은 거의 모든 집에 케이블 TV가 설치되어 있어, 이 네트워크를 통해 인터넷 접속.
• 전화 기반 액세스 네트워크 (DSL)
  • 한국은 2000년대 초반 인터넷 붐 시기 당시, 케이블 TV가 보편화되지 않음.
  • 모든 집에 전화선이 설치되어 있었기 때문에, DSL을 이용한 인터넷 접속이 일반적이었음.

 

📡 Cable-Based Access 케이블 기반 액세스 네트워크

• FDM (Frequency Division Multiplexing): 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 여러 채널 전송

 

• HFC (Hybrid Fiber Coax):
  • Downstream: 최대 40 Mbps ~ 1.2 Gbps
  • Upstream: 30~100 Mbps
  • 가정은 케이블/광 네트워크를 통해 ISP의 라우터에 연결됨
  • 여러 가정이 케이블 헤드엔드로의 액세스 네트워크를 공유

---

☎️ Digital Subscriber Line (DSL) 전화 기반 액세스 네트워크

DSLAM이 멀티플렉싱을 하는 termination point이다. DSLAM(디지털 가입자 회선 접근 멀티플렉서)은 여러 개의 DSL(ADSL, VDSL 등) 회선을 하나의 고속 네트워크(백본)로 연결하는 네트워크 장비이다.

Central office (전화국)

멀티플렉싱(Multiplexing)

• 멀티플렉싱이란 여러 개의 신호(데이터)를 하나의 전송로로 합치는 기술이다.
• DSLAM은 여러 DSL 가입자의 데이터를 하나의 고속 회선(예: 광케이블 또는 ATM/IP 백본망)으로 통합한다.
• 대표적인 멀티플렉싱 기술: - TDM (Time Division Multiplexing): 시간 슬롯을 나누어 여러 데이터 스트림을 하나의 링크로 전송. - FDM (Frequency Division Multiplexing): 주파수 대역을 나누어 여러 신호를 동시에 전송.

Termination Point (종단점)

• "Termination Point"는 네트워크에서 특정 회선이나 신호가 끝나는 지점을 의미한다.
• DSLAM은 가입자의 DSL 회선이 종단(Termination)되는 장비이다.
• 즉, 개별 사용자의 DSL 신호가 DSLAM에서 종료(Terminate) 되고, 이후에는 IP 네트워크 또는 ATM 백본망을 통해 인터넷 서비스 제공자(ISP)로 전달된다. 즉, 여러 DSL 가입자의 신호를 집계(Aggregation)하여 하나의 고속 회선으로 전달하는 장비이다.

---

1. 기존 전화선을 이용하여 중앙 교환국(DSLAM) 연결

• DSL은 기존의 전화선(PSTN, Public Switched Telephone Network)을 사용하여 인터넷을 제공하는 기술이다.
• 일반 전화선(구리선, twisted pair)을 통해 데이터(인터넷)와 음성(전화 통화) 신호를 동시에 전달할 수 있다.
• 중앙 교환국(Central Office, CO)에 있는 DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer) 장비가 각 사용자의 DSL 신호를 인터넷과 전화망으로 분리하는 역할을 한다.

2. DSL 전화선을 통해 인터넷과 전화가 분리됨

• 전화선을 통해 전송되는 신호는 음성(전화) 신호와 데이터(인터넷) 신호가 나뉘어 처리된다.
• 인터넷 데이터는 DSLAM을 거쳐 ISP(Internet Service Provider)로 연결되어 인터넷망으로 이동한다.
• 음성 데이터(전화)는 기존의 PSTN(공중 전화망)을 통해 일반 전화 네트워크로 전송된다.

이를 가능하게 하는 것이 DSL 필터(Splitter)이다. 전화선에 DSL 필터를 연결하면:

• 저주파(0~4kHz) 대역: 음성 신호 → 전화망으로 전달
• 고주파(25kHz~1MHz) 대역: 인터넷 신호 → DSLAM을 거쳐 인터넷망으로 전달

즉, 인터넷과 전화가 하나의 전화선에서 분리되어 동시에 사용할 수 있다.

 

다운로드 속도(Downstream): 24~52 Mbps

• Downstream(다운스트림): 사용자가 인터넷에서 데이터를 받을 때의 속도
• 사용자가 웹페이지를 보거나, 동영상을 스트리밍할 때 필요한 속도
• 24~52 Mbps 범위의 속도를 제공하며, 일반적으로 다운로드 속도가 업로드보다 빠름

업로드 속도(Upstream): 3.5~16 Mbps

• Upstream(업스트림): 사용자가 인터넷으로 데이터를 보낼 때의 속도
• 파일 업로드, 영상 통화, 온라인 게임에서 중요
• DSL 기술 특성상 업로드 속도가 다운로드 속도보다 낮음 (비대칭 속도, Asymmetric)

---

☎️  통신의 두 분야

🎤 3.1 음성 통신 (Voice Communication)

• 통신은 음성 통신에서 시작됨.
• 초기 20세기부터 존재한 전화 통신이 대표적 예.
• TRS 무전기, 군용 무전기 등은 모두 음성 통신 장치.
• 초창기 전화는 고정 통신 장치로, 유선으로 연결되어 있었음.
• 반이중(half-duplex) 방식: 한 명이 말하면 다른 사람은 듣기만 해야 함.

🧠 관련 인프라

• PSTN (Public Switched Telephone Network): 공중 전화 교환망 → 음성 통신을 지원하는 인프라.

---

💻  데이터 통신의 등장 (Data Communication)

• 전자공학과에서는 디지털(0과 1)만 인식 가능 → 데이터 통신은 디지털 기반
• 데이터 통신 = 컴퓨터 네트워크 = 디지털 네트워크
• 음성 통신은 아날로그, 데이터 통신은 디지털

---

🖥 PC의 발전과 데이터 통신

• 1990년대 → PC(개인용 컴퓨터)의 발전
  • 이전에는 메인프레임, 워크스테이션만 존재
  • 1992년 KT 입사 당시, 워크스테이션과 AT 컴퓨터 함께 사용
• 2000년대 초 → PC가 대중화됨
  • 사람들이 인터넷 접속, 뉴스 읽기, 이메일, 파일 다운로드 등을 하면서 데이터 통신 수요 폭발
• 하지만 당시의 코어 네트워크는 PSTN 기반 → 음성에 최적화, 데이터에는 부적합

---

🧭  데이터 전용 네트워크 (PSDN)

PSDN: Public Switched Data Network

• 데이터 통신을 위한 전용 코어 네트워크
• 음성과는 완전히 분리된 별도의 통신 분야
• 대표적인 PSDN 기술:
  • NovellNet
  • IBM X.25 (유럽에서 인기)
  • TCP/IP → 지금의 인터넷, PSDN 중 최종 승리자
  • ATM (Asynchronous Transfer Mode)도 있었지만 사라짐

---

🇰🇷 한국의 데이터 접속 환경

• 한국은 모든 집에 전화선이 설치되어 있었음 → 인터넷 초창기, DSL 기술 사용 (예: ADSL, VDSL 등)
• 미국은 케이블 TV 기반 접속, 대표 기업: COX
• DSL 사용을 위한 모뎀 필요

---

📶  모뎀(MODEM) 설명

• Modem = Modulation + Demodulation
  • 디지털 신호(0과 1)를 아날로그 신호(사인파)로 변환해 전송
  • 다시 아날로그 → 디지털로 변환 (복조)
• 우리가 디지털 신호로 대화한다면 "001 0000 1111..." 이런 식 → 비효율적이고 비현실적
• 따라서 음성과 데이터는 물리 계층에서 아날로그로 변환되어야 함

---

📊  음성과 데이터 트래픽 분리

• DSL 회선을 통해 들어오는 트래픽 중:
  • 음성 트래픽 → PSTN으로
  • 데이터 트래픽 → ISP로
• Multiplexing(다중화) 기술로 여러 회선을 모아 더 큰 링크로 전달

---

🧠 완전히 분리된 두 네트워크의 공존 (~2010년 이전)

• PSTN (음성 통신망) + PSDN (데이터 통신망) → 두 개의 네트워크가 병렬로 존재
• 네트워크 운영사(KT, SKT 등)는 두 네트워크를 동시에 관리해야 했음 → 복잡성 증가
• 하지만 PSTN은 오랜 기간 투자되어 ROI가 높았던 캐시카우(Cash Cow)

---

📡  이동 통신의 진화 (1G ~ 5G)

Fixed vs Mobile Communication

• 기존 통신은 고정형(Fixed) 통신이었음 → 집 전화, 사무실 전화 등
• 이후 기술 발전으로 이동성(Mobility) 이 중요해짐
  • 사용자는 장소에 상관없이 통신을 원함
  • 이를 위해 무선 통신 기술이 도입됨
  • 고정 → 이동 통신으로의 진화

---

세대별 이동통신 기술

📻 1세대 (1G)

• 시기: ~1992년
• 방식: 아날로그 (Analog)
• 기술: FDMA (주파수 분할 다중 접속)
• 장비: 자동차용 전화, 대형 배터리
• 인프라: 기존 PSTN을 그대로 사용
• 특징: 음성 통신만 가능

예: 그랜저 차량에 장착된 전화기 → "Car Phone", 사장님폰

---

📱 2세대 (2G)

• 시기: 1990년대 중반 ~ 2000년대 초
• 방식: 디지털 (Digital)
• 기술:
  • TDMA: 유럽 (Nokia, Ericsson)
  • CDMA: 미국 (Qualcomm)
• 한국 사례:
  • 정부 지원으로 CDMA 기술을 상용화
  • 전자통신연구원(ETRI)과 벤처 기업의 협업
• 특징: 음성 통신 전용, 아직 데이터 불가

---

📲 3세대 (3G)

• 시기: ~2009년
• 특징: 스마트폰 등장 (예: iPhone), 음성 + 데이터 통신 가능
• 이슈: 인프라가 데이터 중심으로 전환되지 않음 → Revolution(혁명) vs Evolution(진화)
• 핵심 개념:
  • Backward Compatibility (기존 장비와 호환성 유지)
  • 완전히 새로 시작하는 건 사용자와 통신사 모두에게 부담
  • 기존 장비/인프라 그대로 활용 가능한 서비스가 시장성 있음

---

📶 4세대 (4G / LTE)

• LTE = Long Term Evolution → 진화적 접근
• 기술: OFDMA 기반, 고속 데이터 통신 가능
• VoLTE (Voice over LTE):
  • 기존 음성(PSTN) 통신을 IP 패킷으로 전송
  • IP 기반 실시간 음성 통신 가능하게 됨
• 결과: 이제 음성도 데이터처럼 전송 → PSTN 역할 감소

---

📡 5세대 (5G)

• 특징:
  • 더 빠른 전송 속도 (예: 영화 1편 1초 내 다운로드)
  • 초저지연, 초연결
• 하지만 현실은:
  • 사용자들은 LTE 속도에 이미 만족
  • 요금 비싸고 커버리지가 낮아 5G 전환률 낮음
• "Churn" (전환율):
  • 4G → 5G로 넘어간 사용자 수가 기대보다 적음

---

🔀 음성과 데이터 네트워크의 융합 (Convergence)

기존 구조:

• PSTN (음성 네트워크) 와 PSDN (데이터 네트워크) 는 별개
• 네트워크 사업자들은 두 개의 시스템을 모두 운영

통합의 필요성:

• 스마트폰 이후 음성과 데이터가 하나의 단말로 통합됨
• 네트워크도 통합 필요성 증가

등장: VoIP (Voice over IP)

• 음성도 데이터처럼 IP 패킷으로 전송 (ex: 카카오톡 음성통화, Zoom)
• PSTN이 점점 작아지고, 인터넷 기반 음성 통신이 표준으로 자리잡음

예: 070 인터넷 전화 (KT, LGU+), 02-2050 같은 일반 전화번호를 가질 수 있음

---

🌐 단일 네트워크 시대의 도래

• 하나의 통신 인프라로 음성과 데이터를 모두 처리 가능
• 따라서 PSTN과 PSDN을 통합한 "Convergence Network" 개념 등장
• IMT-2000: 통합형 네트워크의 국제 표준 이름

CDMA 기반 2G → 진화적 접근

LTE, VoIP → 데이터 네트워크로 모든 트래픽 통합

---

🌐IoT와 네트워크의 확장

IoT (Internet of Things)

• 네트워크 호스트가 꼭 컴퓨터일 필요는 없음
• 인터넷에 연결되는 모든 장치 = 호스트(Host)
• 예시:
  • 냉장고 → IoT 냉장고
  • 블루투스 이어폰
  • 스마트워치, 전등, 온도계 등

개념 정리

• 호스트 = 네트워크에 연결되어 데이터를 주고받는 모든 장치
• IoT는 고정형 장치 뿐 아니라 이동형, 무선형 장치까지 포함

---

📡 무선 접속 네트워크 (Wireless Access Network)

무선 LAN (Wi-Fi)

• 일반적으로 빌딩 안, 100m 이내 거리에서 사용
• IEEE 802.11 표준 기반
• 집, 학교, 회사의 Wi-Fi = Wireless LAN

셀룰러 네트워크

• 더 넓은 지역을 커버하는 셀 기반(Cellular) 네트워크
• 제공자: SKT, KT, LGU+, Verizon, AT&T 등
• 기술 세대: 4G → 5G → 6G (개발 중)

---

🗺 셀룰러 네트워크의 구조

셀의 구성

• Base Station (기지국) 이 셀의 중심
• 셀 하나 = 일정 지역(반경 수백 m ~ 수 km)을 커버
• 기지국은 등방성(isomorphic) 안테나로 360도 방향으로 전파 발사

셀의 모양

• 이상적인 경우: 원형
• 실제 셀을 겹치면 빈 공간 생김 → 육각형 구조로 모델링
• 이렇게 구성된 셀들이 서로 맞물려 도시 전체, 국가 전체를 커버

---

🏠 홈 네트워크

• 무선 및 유선 장치 → headend 또는 central office로 연결
• 보통 하나의 박스로 통합:
  • Cable/DSL 모뎀
  • WiFi 무선 액세스 포인트 (54, 450 Mbps)
  • 라우터, 방화벽, NAT
  • 유선 이더넷 (1 Gbps)

한국의 아파트 네트워크 구조

• 아파트 단지 전체가 로컬 네트워크 (LAN) 로 작동
• 각 가정은 개별 노드처럼 연결됨
• 통신사(KT, SKT 등)가 통합된 박스형 장비를 설치
  • 인터넷, IPTV, Wi-Fi 모두 포함
  • 유선/무선 모두 지원

홈 네트워크 흐름

사용자 디바이스 (노트북, 스마트폰 등)

↓

Access Point or 유선 LAN

↓

통신사 설치 장비 (라우터 + 모뎀 통합형)

↓

중앙국사 (Central Office)

↓

인터넷 백본망 (ISP Core Network)

---

호스트와 전송 속도

호스트의 역할

• 애플리케이션 데이터를 송신/수신하는 역할
• 예: 웹브라우저가 요청을 보내면, 해당 데이터는 패킷(Packet) 으로 쪼개짐

전송 속도 (Transmission Rate)

• 전송 속도(R) = 링크의 대역폭 or 용량
• 전송 지연 (Transmission Delay) = L / R
  • L: 패킷의 길이 (bit)
  • R: 전송 속도 (bps)

🚌 버스 예시로 이해

• 버스에 1명 탑승 = 2초
• 2명 탑승 = 4초
• 10명 탑승 = 20초 → 탑승 인원 수가 많을수록 총 지연 시간은 길어진다 → 전송 지연도 패킷 수와 전송 속도에 따라 달라짐

---

• 네트워크는 처음에 음성 통신(PSTN) 으로 시작되었고,
• 이후 데이터 통신(PSDN) 이 별도로 발전
• 스마트폰과 LTE 시대를 거치며 음성과 데이터가 IP망에서 융합
• 현재는 하나의 통합된 데이터 네트워크(PDN) 가 모든 것을 처리
• 5G는 아직 전환율이 낮고, 6G는 표준화 진행 중
• 네트워크는 이제 모바일 + IoT + 유무선 융합의 복합 시스템으로 발전

---

 

🏢 Enterprise Networks

기업이나 학교 같은 조직에서 사용하는 네트워크를 Enterprise Network(엔터프라이즈 네트워크)라고 한다. 이 네트워크는 유선(Ethernet)과 무선(Wi-Fi)을 혼합하여 구성되며, 각 부서나 건물 내 다양한 장치들을 라우터와 스위치를 통해 연결한다.

• 기업, 대학교 등
• 유선과 무선 링크 기술 혼합
• 스위치와 라우터 혼합 구성
• Ethernet: 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps 유선 접근
• WiFi: 11, 54, 450 Mbps 무선 접근 포인트

---

🧠 Data Center Networks

Data Center Network(데이터 센터 네트워크)는 수백에서 수천 대의 서버를 고속으로 연결하여 대량의 데이터를 처리하고 저장하는 곳이다. 데이터 센터는 클라우드 서비스, 웹 애플리케이션, 영상 스트리밍 등을 처리하는 핵심 인프라로 작동하며, 서버 간의 통신 및 외부 인터넷과의 연결을 위해 수십에서 수백 Gbps의 고속 링크를 사용한다.

• 10Gbps ~ 100Gbps 고속 링크로 수백~수천 대 서버 연결
• 인터넷과 연결되는 초고속 네트워크 구성

---

📡 링크와 물리 계층 (Physical Layer)

• 링크(Link): 네트워크에서 호스트와 액세스 네트워크를 연결하는 구간
• 이 링크가 바로 물리 계층(Physical Layer) 이며, 실제로 비트(bit) 가 전송되는 매체

---

🧬 데이터, 비트, 신호의 개념

데이터 흐름 구조

1. 사람이 인식하는 정보 (음성, 문자 등)
2. → 컴퓨터는 0과 1로 변환 (디지털 데이터)
3. → 비트(Bit) 로 구성
4. → 비트를 전기적 신호로 변환하여 전송 (신호, Signal)

예시: 비트와 신호

• 0 비트 → 5V 전압으로 전송
• 1 비트 → 0V 전압으로 전송
• 수신 컴퓨터는 이 신호를 읽어 다시 비트로 해석함

---

📤 전송 vs 전파 (Transmission vs Propagation)

Transmission	데이터를 링크에 올리는 과정 (전송)
Propagation	링크를 따라 신호가 이동하는 과정 (전파)
Total Delay	Transmission Delay + Propagation Delay

 

 

---

🔌 전송 매체 (Transmission Media)

가이드 매체 (Guided Media)

• 케이블을 통해 신호가 전파됨

종류:

• TP (Twisted Pair): 꼬임쌍선, 가장 흔한 네트워크 케이블
  • UTP (Unshielded Twisted Pair): 차폐 없음, 값 싸고 설치 쉬움
  • Cat 5 / Cat 6: 카테고리에 따라 속도/대역폭 다름
    • Cat 5: 최대 100Mbps ~ 1Gbps
    • Cat 6: 10Gbps 이상 지원 가능

 

• 동축 케이블 (Coaxial Cable):
  • TV, 케이블 방송 등에서 사용
  • 여러 채널 동시 전송 가능 → 브로드밴드(Broadband) 통신

• 광섬유 (Fiber Optic Cable):
  • 빛의 반사를 통해 전송
  • 속도: 광속 (Speed of Light)
  • 고가/설치 어려움 → 매우 얇고 휘면 부러짐
  • 최근에는 플라스틱 코어 사용으로 약간 유연해짐
  • 낮은 오류율, 리피터 간격 멀어도 됨

---

리피터 vs 앰프

Amplifier	아날로그	신호 세기를 증폭
Repeater	디지털	0과 1 신호를 재생성

---

📶 비가이드 매체 (Unguided Media, 무선)

• 케이블 없이 전자기파(Electromagnetic Wave)로 신호 전송
• 무선 통신(Wireless Communication)의 기반
• 예시: Wi-Fi, 위성 통신, 셀룰러 네트워크

---

📡 주파수 대역 (Spectrum)

• 스펙트럼(Spectrum) = 주파수의 범위
• 낮은 주파수 (예: AM 라디오)
  • 도달 거리 길고, 장애물 영향 적음
  • 품질 낮음, 긴 전파 거리
• 높은 주파수 (예: FM 라디오, 5G)
  • 더 나은 음질, 빠른 전송
  • 장애물에 약함, 도달 거리 짧음

주파수 대역은 국가 자원

통신사(SK, KT 등)는 정부로부터 경매를 통해 할당받음

---

🔁 통신 방식: Simplex, Half-Duplex, Full-Duplex

Simplex (단방향 통신)

• 한 방향으로만 데이터 전송
• 예시: 방송, 라디오

Half-Duplex (반이중 통신)

• 양방향 통신은 가능, 하지만 동시에는 불가능
• 예시: 무전기, 워키토키 → 한 쪽이 말할 땐, 다른 쪽은 들어야만 함

Full-Duplex (전이중 통신)

• 양방향 동시 통신 가능
• 예시: 전화 통화, Zoom 회의

💡 비유: 도로에 비유

• Simplex: 일방통행
• Half-Duplex: 신호등 있는 양방향 도로 (교대로 통행)
• Full-Duplex: 2차선 도로 (동시 통행)

---

🌪 무선 통신 환경의 도전과제

반사와 간섭 (Reflection & Interference)

• 무선 신호는 벽, 건물 등에 반사됨
• 여러 경로를 통해 수신기에 도달 → Multipath Effect
• 신호가 겹치면 간섭(Interference) 발생 → 품질 저하

페이딩(Fading)

• 반사파들이 서로 강화 또는 상쇄 간섭을 일으킴
• 수신 신호 세기가 갑자기 약해지거나 강해짐
• 이동통신에서는 중요한 이슈

---

📡 마이크로웨이브 통신 (Terrestrial Microwave)

• 마이크로웨이브: 매우 고주파의 전자파
• 지상 간 송신을 위해 접시 안테나(Parabolic Antenna) 사용
  • 지향성(방향성)이 매우 강함
• 섬처럼 케이블 설치가 어려운 지역에 적합
  • 예: 육지 ↔ 섬 간 통신

---

🛰 위성 통신 (Satellite Communication)

위성 통신의 구조

• 지구 상공의 정지 궤도 위성(GEO) 또는 저궤도 위성(LEO) 사용
• 신호는 위성까지 갔다가 다시 지상으로 내려옴

전파 지연

• GEO 위성: 약 270ms 이상
• LEO 위성: 더 짧은 거리 → 더 낮은 지연

장단점 비교

GEO (정지궤도) vs LEO (저궤도)

거리	약 36,000km	수백 ~ 수천 km
지연	높음 (200~300ms)	낮음
커버리지	넓음 (지구의 1/3)	좁음
필요 위성 수	적음	많음
설치 비용	낮음	높음

---

📶 무선 대역폭과 속도 비교

Wi-Fi (WLAN)	100Mbps 이상	수십 미터 (가정, 건물 내부)
4G LTE	수십 Mbps	수 km
5G	이론상 1Gbps 이상	짧은 거리 (안테나 밀도 필요)
위성통신	~45Mbps	지구 어디든 가능하지만 지연 큼

5G는 현실적으로 속도와 커버리지 문제로 인해 4.5G 수준으로 서비스 중