[데이터 통신] 14. 다른 유선 네트워크(Other Wired networks)

Telephone network, cable network, sonet, ATM -> Cell(53bytes) switching

Telephone Companies: Brief History

• Before 1984
  • Almost all services are provided by AT&T Bell System
  • In 1984, AT&T was broken into
    • 지역별로 분리
    • AT&T long Lines
    • 23 BOCs(Bell Operating Companies)
    • BOCs are grouped together to several RBOCs
• Between 1984 and 1996
  • Divided into more than 200 LATAs (Local Access Transport Areas)
• After 1996
  • Any companies can provide any services

 

A Telephone System

• end office: 특정 지역 주민을 위한 전화국
• tandem office: 중간 전화국
• Regional office: 특정 지역에서 중심이 되는 office -> 여러개가 묶여 프로토콜을 통해 바깥으로 나감

trunk: 전화국과 전화국 연결, mux로 처리

local loop(subscriber loop): 가입자 망

각 end offices에 local loop들이 묶여 mux 처리 되어 중간 offcie로 이동하고...

 

LATAs

Local Access Transport Areas

• A LATA can be a small or large metropolitan(대주교) area
• Intra-LATA services are provided by local exchange carriers
  • ILEC (Incumbent(쑥내민) Local Exchange Carriers)
    • 기존 사업자들
    • 경쟁은 하지만 이미 기존에 깔려있는 인프라를 활용하여 서비스
  • CLEC (Competitive Local Exchange Carriers)
    • 새로이 사업에 join된
    • 새로이 신규 서비스를 보강하면서 경쟁하는
• Inter-LATA services are handled by IXCs (Inter-Exchange Carriers)
  • Called long-distance companies

 

Switching Offices in a LATA

많은 경우 내부적으로는 공짜로 전화를 걸 수 있게 하고 tandem office를 통해서 외부로 나가게 되면 요금을 받는다.

• 기본 요금을 받고 내부 전화로 나가게 하고 외부로 나갈 때는 요금을 낸다.

 

POP (Point of Presence)

LATA 내부에서는 기본 요금으로 전화를 걸지만 외부 LATA로 나가면 과금이 되는 식이다.

long distance로 연결되면 Point of Presence를 통해서 전국적인 망을 갖고있는 회사와 연결되어 바깥으로 연결된다.

 

Signaling

전화망으로 연결되는 것은 목소리 and signal

• In-band signaling :
  • the same circuit used for both signaling and voice communication
• Out-of-band signaling:
  • signal과 목소리를 분리해서 처리
• The task of data transfer and signaling are separated in modern telephone network
• Signaling system are required to
  • Providing dial tone, ring tone, and busy tone
  • Transferring telephone numbers between offices
  • Maintaining and monitoring the call
  • Keeping billing information
  • Maintaining and monitoring the status of the telephone network equipment
  • Providing other functions such as caller ID, voice mail, and so on

 

Data Transfer and Signaling Networks

전화망에서 Out-of-band의 예

• signal과 voice를 분리한다.

signal transfer point(STP): 다양한 signal들을 교환

Signal control point(SCP)

SP가 분리되어 별도의 network로 처리됨

 

Layers in SS7(Signaling System 7)

• Signaling-system-7

 

14.1 Telephone Network Services

• Analog services
  • Analog switched services
    • Dial-up service
    • 800 service(수신자가 요금 부담), 900 service(발신자가 요금 부담 + 서비스까지 포함)
    • WATS (wide-area telephone service)
  • Analog leased service: called a dedicated line(아날로그 전용선)
• Digital service
  • Switched/56 service
  • Digital data service: digital leased line

 

Dial-Up Modems

• Data signals require a higher degree of accuracy to ensure integrity

보통 4kHz

• 목소리는 300~ 3300Hz 사이에 존재
• data의 경우 끝쪽은 상태(quality)가 좋지 않기 때문에 data의 경우는 상태가 좋은 600~3000 정도로 2400정도 범위로 보낸다.

 

Modem

• Modem stands for modulator/demodulator
• 전화망을 통해 데이터 통신을 한다.(plus modem)

컴퓨터의 digital 데이터를 전화망을 통해서 modem을 거쳐 analog 형태로 modulation 한다.

이 정보를 보내고 이를 다시 demodulation 하여 digital 정보를 받는다.

 

Modem Standards

QAM: 하나의 신호가 다양한 bit를나타낼 수 있는

• V-series standards by ITU-T (modem의 규격) - V는 아날로그의 통신을 말한다.
  • V.32 : Trellis-coded modulation: 32-QAM (4 data bits and a redundant bit for error detection)
    • 32-QAM -> 2의 5승 -> 5 bit
    • 1 bit는 redundant bit 이니까 실질적으로 보낼 수 있는 data bit 수는 한 signal에 4 bit -> 2400 x 4
      • 9,600 bps
    • 한 signal에 5 bit를 나를 수 있다.
  • V.32bis : 128-QAM (7 bits/baud with 1 bit for error control) -> 14,400 bps (2400 x 6 bits)
  • V.34bis : 28,800 bps with a 4,096-point constellation (12 bits) and 33,600bps with a 16,348-point constellation (14bits)
  • V.90: Upload: 33.6 kbps, download: 56 kbps
  • V.92: Upload: 48 kbps, download: 56 kbps

 

V.32 and V.32bis

a. 32개의 signal

b. 128개 signal

 

V.90: 56K Modem

• 왜 다운로드 속도가 더 빠를까?
• 업로드 할 때는 DAC를 해야 하기 때문에 PCM 과정을 거쳐 quantization noise 문제가 발생한다.
• 반면 다운로드의 경우 ISP server에서 받을 때는 아날로그로 접속하는 것이 아니라 디지털로 바로 접속하기 때문에 digital-to-digital이고 그렇기 때문에 quantization noise 없고 더 양질의 전송이 가능하기 때문에 속도가 더 빠른 것이다.
• Traditional modems have a data rate limitation of 33.6 kbps by Shannon capacity
• Uploading : 33.6 kbps
• Downloading: 56 kbps
  • 8000 samples x 7 bit
  • 1 bit for control

 

DSL (Digital Subscriber Line)

ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line

• xDSL (ADSL, VDSL, HDSL, SDSL )
• ADSL (Asymmetric DSL), VDSL (Very-high-bit-rate DSL), HDSL (High-bit-rate DSL), SDSL (Symmetric DSL)
• ADSL is an asymmetric communication technology designed for residential users;
  • 업로드는 느리고 다운로드는 빠르기 때문에 residential user를 위한 것이다.
  • it is not suitable for businesses - 제공하는 측이기 때문에 손해다
• The existing local loop can handle bandwidths up to 1.1 MHz
• ADSL is an adaptive technology.
  • The system uses a data rate based on the condition of the local loop line.

 

DMT (Discrete Multitone Technique)

• 맨 앞의 4kHz는 목소리
  • channel 0는 전화 거는 데 쓰는 channel
• 그 이후에도 4kHz 단위로 쪼개어서 여러 channel이 나눠져 있고 이를 각각에게 할당한다.
  • upstream channel에 4kHz짜리 24개의 channel
  • downstream channel에 4kHz짜리 224개의 channel 할당
• 이것들을 FDM을 통해 묶어서 1.1Mhz로 보낸다.

 

Bandwidth Division in ADSL

• There is no set way that the bandwidth is divided
• Upstream
  • 24 channels x 4 kHz x 15 bits/Hz = 1.44 Mbps
    • 4kHz면 4000개의 signal을 보내는데, 32768 QAM을 쓰면 한 signal에 15bit를 나른다.(15bits/Hz)
• Downstream
  • 224 channels x 4 kHz x 15 bits/Hz = 13.4 Mbps
• 최근에는 optical fiber가 더 집 앞까지 오게 되면서 bandwidth가 넓게 되어 더 고속의 데이터 전송이 가능해 지고 있다.

동네 바로 앞까지는 optical fiber가 와있고 집집마다 연결된 것은 twisted pair로 연결되어 있기 때문에 optical fiber로 전화국에 전달할 때는 훨씬 더 넓은 bandwidth를 사용할 수 있는 것이다.

 

DSL: Actual Bit Rate

• Because of the high signal/noise ratio ( margin을 위해서 )
• Upstream
  • Normally below 500 kbps
• Downstream
  • Normally below 8 Mbps

 

ADSL Point-to-Point Network

과거에는 전화를 쓰면 modem을 못썼다.

현재는 FDM을 통해 가능(주파수를 분리(splitter)하기 때문)

 

14.2 Traditional Cable TV Network

• Started to distribute video signals to locations with poor or no reception in the late 1940s: Unidirectional
• It was called Community Antenna TV

HFC (Hybrid Fiber Coaxial) Network

• RCH (Regional Cable Head) feeds the distribution hubs
• Fiber node splits the signal to each coaxial cable
• Communication in an HFC network can be bidirectional

Coaxial Cable Bands

• Video band: 6 MHz per TV channel
• Downstream data band: 64-QAM (or possibly 256-QAM)
• Theoretical rate is 30 Mbps (6 MHz/sec x 5 bits/Hz), 33 Channels가 있음
  • 30Mbps를 가진 33개의 channels
• Upstream data band: QPSK (signal 종류 4개니까 2bit로 보낼 수 있음)
  • Theoretical rate is 12 Mbps (6 MHz/sec x 2 bits/Hz), 6 Channels
• Both upstream and down stream bands are shared by the subscribers
  • 여러 subscribers(가입자)들이 공유하는 upstream과 downstream

CMTS (Cable Modem Transmission System)

• 전화망 기반의 ADSL와 비슷하게 CMTS은
  cable tv 회사에서 주는 다양한 여러 channel의 video(혹은 인터넷을 통해 온 정보)를 이전 슬라이드의 그림과 같은 band에 실어서 보내주고
  CM은 이거를 filter를 통과 시켜서 tv쪽으로 빼주고 일부는 데이터를 인터넷으로 보낸다.
  cable modem, 전화망에서는 ADSL modem을 이용해서 고속의 데이터 전송이 가능하다.
• 전화망도 cable tv도 예전에는 twisted pair가 집 입구까지 끝까지 왔었지만 이제는 대부분 전화망을 포함하여 어떤 거주 지역 입구까지 optical fiber가 온 다음에 아주 짧은 구간에 twisted pair가 존재하고 cable tv도 optical fiber가 온 다음에 짧은 구간에 twisted pair가 존재하기 때문에 과거보다(위 슬라이드의 band 사진보다) 비교적 bandwidth가 좁은 전송매체가 짧은 구간을 사용하고 있기 때문에 훨씬 더 넓은 bandwidth를 쓸 수 있고 이에 따라 구간들을 모두 세분화하여 많은 데이터를 빠른 속도로 보내는 것이 가능해 진다.
• 궁극적으로 fiber to the home으로 되는 것이 된다면 더 넓은 bandwidth를 갖기 때문에 더 고속으로 데이터를 보낼 수 있을 것이다.