[컴퓨터통신] 네트워크 접속 기술

목차 (OPEN)

• 📑 들어가며
• 🟥 가입자 선로 (Subscriber Loop)
• 🟧 무선 링크 (Wireless Link)
• 🟨 이동통신 (Cellular Networks)
• 🟩 고정 무선 통신 (Fixed Wireless)
• 🟦 무선 가입자망 (Wireless Local Loop)
• 🟪 위성 통신 (Satellite Networks)
• ⬛ 단거리 무선 통신 (PAN / LAN / WAN 비교)
• 📚 결론

 

 

 

 

📑 들어가며

우리가 인터넷에 접속하는 방식은 매우 다양하다.

같은 인터넷이더라도 어떤 선로를 쓰는지, 어떤 장비를 거치는지,

얼마나 먼 거리까지 전송해야 하는지에 따라 기술이 완전히 달라진다.

 

따라서 오늘의 포스팅에서는 가입자 선로(xDSL)부터 무선 링크, 이동통신(Cellular), 위성 통신,

그리고 PAN·LAN 같은 단거리 무선까지 네트워크 접속 기술을 정리하고자 한다.

 

 

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🟥 가입자 선로 (Subscriber Loop)

가입자 선로는 망 사업자(통신사)와 사용자를 직접 연결하는 링크이다.

이는 기존의 구리 전화선을 그대로 사용하면서 데이터와 음성을 동시에 보내기 위해 주파수 분할(FDM) 방식을 사용한다.

• 낮은 주파수 → 음성(전화)
• 높은 주파수 → 데이터(인터넷)

 

이처럼 전화선 하나에서 두 가지 서비스가 공존할 수 있게 만든 기술을 우리는 xDSL이라고 부르며,

이러한 xDSL에는 크게 두 가지 종류가 있다.

 

 

•  ADSL
  • 다운로드 속도가 업로드보다 훨씬 빠른 비대칭 구조
  • 웹 브라우징, 동영상 시청 등 다운로드 중심 환경에 최적화
• VDSL
  • 전화국(CO)에서 중간 지역까지는 광케이블, 마지막 사용자 집까지의 구간만 기존 구리선을 사용
  • ADSL보다 훨씬 빠른 속도 제공

 

 

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🟧 무선 링크 (Wireless Link)

무선 링크는 케이블 없이 공기 중 전파로 통신하는 방식이다.

 

이 방식은 이동 중에도 통신이 가능하고, 별도의 설치나 공사가 필요 없어서 편리하다는 장점을 가진다.

그러나 신호가 공중으로 퍼져 나가기 때문에 다른 무선 신호와 간섭이 발생할 수 있고,

건물이나 벽에 반사되어 여러 경로로 들어오는 바람에 multi-path 문제가 생길 수도 있다.

 

그리고 이러한 무선 링크에서는 보통 아날로그 신호를 사용하며,

이를 실제 디지털 데이터와 주고받기 위해서는 변조(modulation) 와 복조(demodulation) 과정이 필요하다.

 

 

📌 참고

multi-path 문제란 하나의 전파 신호가 건물, 벽, 바닥 등에 반사되어

여러 경로로 수신기(휴대폰, 라우터 등)에 도착하는 현상을 의미한다.

 

이렇게 같은 신호가 시간 차를 두고 여러 번 도착하면,

서로 간섭을 일으켜 신호가 흐려지거나 품질이 떨어지는 문제가 발생한다.

 

 

간단히 비유를 해보자면, 친구가 멀리서 “안녕!” 하고 외친 상황을 생각해보자.

그런데 이때, 그 소리가 바로 한 번만 들리는 것이 아니라,

벽에 한 번 튕기고, 건물에 또 반사되고, 바닥에도 부딪혀서 약간씩 시간 차이를 두고 여러 번 들린다고 상상해보면 된다.

 

그러면 처음에는 친구의 목소리가 직접 도착하고,

그 다음에는 건물에서 반사된 소리가 조금 늦게 들리고, 마지막으로 벽에 한 번 더 튕긴 소리가 더 늦게 도착할 것이다.

 

그리고 이렇게 “안녕”이라는 같은 소리가 세 번 들린다면,

우리는 자연스럽게 어떤 것이 친구가 실제로 말한 정확한 소리인지 헷갈릴 수밖에 없을 것이다.

 

 

이와 똑같이 무선 통신에서도 원래는 한 번에 깨끗하게 들어와야 할 신호가

주변의 벽이나 건물에 반사되어 여러 경로로 시간 차이를 두고 도착하면,

수신기는 어떤 것이 진짜 신호인지 구분하기 어려워지고 결국 신호 품질이 떨어지게 된다.

 

 

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🟨 이동통신 (Cellular Networks)

이동통신 시스템은 기지국을 여러 개 설치하고 각 지역을 ‘셀(Cell)’로 나누는 구조를 가진다.

 

이때, 사용자가 이동하면 현재 연결되어 있던 기지국의 셀을 벗어나게 되는데,

이렇게 되면 새로운 기지국으로 연결을 넘겨 받아야 한다.

그리고, 바로 이때 hand-off 문제가 발생할 수 있다.

 

hand-off란, 사용자가 이동할 때 기존 기지국과의 연결을 끊고 새로운 기지국으로 연결을 넘겨주는 과정으로,

이 과정이 매끄럽지 않으면 통화가 잠깐 끊기거나 데이터가 순간적으로 불안정해지는 문제가 생긴다.

 

따라서 이를 줄이기 위해 아래 그림처럼 셀들은 서로 조금씩 구역이 겹치도록 설계된다.

이렇게 셀 경계에 여유 구간을 만들어두면 사용자가 이동할 때 두 기지국의 신호가 함께 잡히는 구간이 생기므로,

끊김 없이 자연스럽게 다음 셀로 넘어갈 수 있기 때문이다.

 

 

 

이러한 셀을 설계할 때에는 아래와 같은 규칙들을 지켜야 한다.

• 인접 셀끼리는 같은 주파수를 사용하지 않는다.
• 단, 거리가 충분히 떨어진 셀끼리는 주파수 재사용(freq reuse)이 가능하다.

이때 중요한 점은, 셀의 크기가 작아질수록 동일한 주파수를 재사용할 수 있는 구역이 더 많이 생긴다는 것이다.

 

왜냐하면 셀이 작으면 기지국 하나가 담당하는 범위가 좁아지므로,

바로 인접한 셀을 제외한 대부분의 셀들에서 동일한 주파수를 더 가까운 거리에서도 재사용할 수 있게 되며,

그만큼 한정된 주파수 자원을 더 자주, 더 촘촘하게 활용할 수 있게 되기 때문이다.

 

결국 셀 크기를 줄인다는 것은 같은 주파수를 사용할 수 있는 칸을 더 많이 만든다는 의미이며,

이를 통해 전체 네트워크가 처리할 수 있는 사용자 수와 데이터량이 크게 증가한다.

 

이런 이유로 최신 이동통신(4G/5G)으로 갈수록 셀의 크기를 줄이고 기지국 밀도를 높이는 방향으로 발전하고 있다고 한다.

더 촘촘하게 기지국을 배치해야 더 많은 사용자에게 높은 속도를 안정적으로 제공할 수 있기 때문이다.

 

 

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🟩 고정 무선 통신 (Fixed Wireless)

고정 무선 통신은 케이블을 설치하기 어려운 지역에서 많이 사용한다.

(예를 들면, 국가 간 해협이나 국경 건너 통신을 하는 상황, 도서 지역 연결을 하는 상황 등이 있다.)

 

 

이는 그림과 같이 높은 건물 위에 안테나를 설치하여 고주파 전파를 직선으로 송신하며,

기후에 큰 영향을 받는다는 단점이 있다.

 

 

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🟦 무선 가입자망 (Wireless Local Loop)

미국처럼 가구들이 띄엄띄엄 떨어진 대륙형 국가에서는
몇 개의 집을 위해 유선으로 선로를 깔면 비용이 매우 크다.

 

따라서 이럴 때 사용하는 기술이 바로 무선 가입자망이다.

(우리나라 섬 지역에서도 이 방식을 흔히 사용한다고 한다.)

 

 

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🟪 위성 통신 (Satellite Networks)

위성 통신에서도 위성이 커버하는 구역을 셀이라고 부르는데,

이러한 위성 통신에는 크게 3가지 종류가 있다.

• 정지궤도(GEO) 위성
  • 지구에서 가장 먼 위치(약 36,000km)
  • 매우 넓은 영역 커버 가능
  • 매우 큰 안테나가 필요함
  • 하지만 너무 멀어서 지연(RTT)이 매우 큼
    (그래서 보통 수신만 함)
• 중궤도(MEO) 위성
  • ex. GPS
  • 지연과 커버리지의 절충형
• 저궤도(LEO) 위성
  • 지구와 매우 가까움(수백~2000km)
  • 작은 안테나로도 송수신 가능
  • 지연이 매우 짧음
  • 하지만 셀 크기가 작아 전 지구 커버를 위해 매우 많은 위성이 필요함
    (스타링크가 수천 개의 위성을 띄우는 이유임)

 

 

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⬛ 단거리 무선 통신 (PAN / LAN / WAN 비교)

네트워크는 범위에 따라 다음과 같이 구분된다.

• WAN – 도시·국가·대륙
• LAN – 건물·회사·교실
• PAN – 개인 주변 (스마트폰 ↔ 이어폰 등)

 

이러한 LAN/PAN은 누구나 자유롭게 사용할 수 있는 ISM 대역(면허 필요 없음)을 사용한다.

대신 누구나 사용할 수 있으므로 간섭이 심할 수 있어서 송신 전력을 제한하기 때문에 신호 세기가 약하다.

 

 

 

이 그래프를 보며 Wifi와 Bluetooth, ZigBee를 비교해보자.

 

먼저, WiFi(802.11)는 컴퓨터와 핸드폰 등을 모두 연결해줘야 하기 때문에 비교적 높은 속도와 대역폭이 필요하다.

따라서 거리와 속도 모두 가장 높게 표시되어 있는 것이다.

 

다음으로, Bluetooth는 목적상 개인 주변(PAN)만 커버하면 되기 때문에 비교적 낮은 속도와 거리를 요구한다.

따라서 거리는 낮은 편, 속도는 중간 정도에 표시되어 있는 것이다.

 

마지막으로, Zigbee는 블루투스 보다도 더 저전력이 중요하기 때문에 속도 및 커버 거리가 가장 낮다.

 

참고로 IoT 기기는 한 번 설치하면 가능한 한 오랫동안 배터리를 교체하지 않기를 원하기 때문에,

ZigBee처럼 극저전력 기반의 프로토콜이 이상적이다.

다만 요즘은 ZigBee보다 Wi-Fi 칩이 더 저렴하고 접근성이 좋아서,

많은 스마트홈 기기들이 ZigBee 대신 Wi-Fi 기반으로 동작하는 추세라고 한다.

 

 

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📚 결론

오늘 여러 가지 네트워크 접속 방식을 정리하면서,

우리가 인터넷을 단순히 “와이파이”나 “유선 인터넷” 정도로만 생각했지만

실제로는 정말 다양한 기술들이 서로 다른 환경을 위해 설계되어 있다는 점이 인상적이었다.

 

같은 인터넷이라도 전송 거리, 설치 비용, 주파수, 속도, 간섭, 전력 같은 요소에 따라 전혀 다른 방식이 선택된다는 것을 보면서,

기술이란 결국 환경과 필요에 맞게 최적의 조합을 찾는 과정이라는 생각이 들었다.

 

특히 셀 구조나 위성 통신처럼 보이지 않는 곳에서 복잡한 구조와 규칙이 작동하고 있다는 점이 새삼 신기했고,

우리가 일상적으로 사용하는 통신들이 얼마나 많은 기술적 고려 위에서 굴러가고 있는지 다시 한 번 느끼게 되었다.

 

앞으로 새로운 통신 기술들이 등장하더라도,

그 뒤에는 항상 “어떤 환경에서 어떻게 가장 효율적으로 연결할 것인가”라는 고민이 있다는 점을 떠올리면서

더 흥미 있게 공부할 수 있을 것 같다.