[physical Layer] 네트워크의 물리적 성능

네트워크에서는 데이터를 얼마나 빨리 보낼 수 있는 지가 중요하다. 이러한 성능의 측정은

1. 채널이 잠재적으로 감당할 수 있는 전송 속도인 Bandwidth

2. 하나의 네트웍이 실제로 얼마나 빨리 데이터를 보낼 수 있느냐하는 Throughput

3. 전체 메세지를 보내는 데 지연시간인 Latency

4. 전체 링크를 가득 채울 수 있는 Bandwidth-Delay

가 있다.

1. Bandwidth

Bandwidth는 네트웍이 아니라 물리적인 전송매체가 커버할 수 있는 범위를 나타내는 것이다. 

신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수의 차이를 Bandwidth라고 하며 이는 아날로그 통신시스템의 성능 척도이다. 

디지털 통신 시스템의 성능 척도로는 Bit rate를 사용하며, 1초 동안 전송된 비트수를 나타낸다. 그 단위는 bps(bit per second)이다.   디지털 통신에서 Bandwidth는 bit rate와 동일한 의미로 사용하기도 한다.

데이터 전송률은 한계가 있으며 다음 세 요인에 의해 결정된다. 

1. 가용 대역폭

2. 신호의 준위

3, 잡음의 정도

이러한 데이터 전송률을 나타내는 두 가지 수식이 있는 데, 

1. Nyquist Bit Rate : 잡음이 없는 채널에서 사용.

2. Shannon Capacity : 잡음이 있는 채널에서 사용.

실제로는 어떤 신호 준위의 어떤 대역폭이 필요한지 알기 위해 두기지 방법 모두를 사용한다.

섀넌 용량은 상한 값을 알려주고, 나이퀴스트 공식은 필요한 신호 레벨을 알려준다.

2. Throughput

어떤 지점을 데이터가 얼마나 빨리 지나가는가(처리 하는가)를 측정하는 것이다.

bandwidth는 링크의 점재적인 성능을 의미하고, Throughput는 네트웍의 실제 가능한 데이터 처리율을 의미한다. 단위는 bandwidth와 마찬가지로 bps이다. 

3. Latency

Latency란 하나의 전체 메세지가 목적지에 완전히 도달하는데 얼마나 걸리는지의 시간이다. 

Propagation Time은 비트가 발신지에서 목적지까지 도달하는 데 걸리는 시간으로 Distance/Propagation speed로 구한다.

transmission time은 하나의 메시지를 구성하는 모든 비트들을 전송 신호로 바꾸어 매체로 내보내는 데 소요되는 시간으로 Message size/Bandwidth로 구한다.

Latency = Propagation time(Tp) + Transmission time(Ttr) + Queuing time(Tque) + Processiong time(Tproc) 

보통 Queuing time과 Processing time은 생략하기도 한다. 

4. Bandwidth-Delay product

Bandwidth-Delay Product는 링크를 채울수 있는 비트의 수를 의미한다. 이것은 1초당 보내는 비트 수와 링크의 출발지에서 목적지까지 걸리는 시간을 곱함으로써 구할 수 있다.

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Chapter 4

Q4-5 Distinguish between data rate and signal rate.

Data란 데이터를 나타내는 가장 작은 단위체로 Bit이다. Data rate는 1초당 전송된 데 이터의 개수로써 bit rate라고도 한다.

signal은 전이를 기준으로 디지털 신호의 가장 짧은 단위로 signal rate는 1초당 전송 된 신호의 개수를 의미하고 baud rate 라고도 한다.

 

P4-3 What is the maximum data rate of a channel with a bandwidth of 200KHz. if we use four levels of digital signaling.

200k*2*log(2)4 = 800Kbps

 

P4-5 What is the Nyquist sampling rate for each of the following signal?

a. A low-pass signal with bandwidth of 300KHz?

600KHz

b. A band-pass signal with bandwidth of 300KHz if the lowest frequency is 100KHz?

800KHz