우리는 매일 케이블 모뎀을 통해 인터넷을 사용한다. 그저 PC를 부팅시킨 다음, 인터넷 익스플로러나 메신저를 띄우기만 하면 된다. 귀찮게 접속 프로그램을 띄울 필요도 없고, 나머지 과정은 모두 케이블 모뎀이 알아서 처리해준다. 그런데 이 케이블 모뎀은 과연 어떤 과정을 거쳐 인터넷에서 데이터를 받아 오는 것일까?
일반 사용자들은 말할 것도 없고, 파워 유저라 자부하는 사람들도 자세한 내막을 알기 힘들다. 이번 강좌에서는 과연 케이블 모뎀이 사용하는 망이 어떻게 구성되어 있고, 케이블 모뎀은 어떤 과정을 거쳐 인터넷에 접속하는지 살펴보기로 하자.
1. 케이블 모뎀이 사용하는 주파수는?
원래 케이블 모뎀 규격은, 이미 깔려 있는 케이블 TV망을 활용해 인터넷 서비스를 제공하기 위해 만들어졌다. 하지만 케이블 TV도 무리 없이 시청하면서, 케이블 모뎀을 통해 서비스를 제공할 수도 있어야 한다. 옆집에서 케이블 모뎀으로 인터넷을 쓰기만 하면 우리집에서 잘 나오던 케이블 TV가 먹통이 되는 사태가 일어나서는 안되는 것이다.
이 때문에, 케이블 모뎀은 케이블 TV가 사용하지 않는 주파수대를 이용해 데이터를 주고 받는다. 현재 파워콤이나 각 통신 업체에서 설치한 케이블 망은 최대 750MHz까지 지원하는데, 여기에서 상향, 하향용 채널을 하나씩 사용하고 있다. 또, 주파수 대역은 한 채널당 6MHz를 이용한다.
이 중 상향 신호는 QPSK라는 방식을 이용하고, 하향 신호는 QAM 방식을 이용한다. 하향 신호는 현재 널리 쓰이는 64QAM 방식을 이용하면 최대 약 30Mbps를 이용할 수 있다. 상향 속도의 경우, 6MHz대의 대역폭을 모두 이용하면 10Mbps를 이용할 수 있지만, 잡음이나 기타 여러가지 영향을 받는 까닭에 6MHz를 모두 사용하지 못하고 약 2.4Mbps를 사용하고 있다.
그런데 왜 케이블 모뎀의 상향 속도가 하향 속도보다 느린 것일까? 바로 잡음 때문이다. 뒤에서도 설명하겠지만, 케이블 망은 가지를 치고 나가는 구조로 만들어져 있다. 때문에 한 집에서 잡음이 발생하면, 그 잡음은 망을 타고 올라가서 네트워크 장비를 마비시킨다. 때문에 잡음을 조금이라도 줄일 수 있는 QPSK라는 방식을 사용하는 것이다. 하지만 하향은 속도를 중시해서 QAM 방식을 사용하고 있다.
2. 케이블 모뎀이 사용하는 표준 규격은?
케이블 모뎀이 사용하는 표준 규격은 DOCSIS(‘닥시스’ 라 읽는다)이다. 이 DOCSIS 규격에는 1.0/1.1/2.0 이 설정되어 있고, 현재 우리나라에서는 네트워크를 제조하는 회사인 시스코사에서 DOCSIS 1.0 규격을 약간 변형해서 만든 DOCSIS 1.0+ 를 사용하고 있다(클릭하면 관련 게시물로 이동). 이 DOCSIS 1.0+ 규격은 DOCSIS 1.0 규격과 완벽히 호환된다.
국내의 일반적인 사용자가 DOCSIS 1.0+를 따르는 모뎀을 사용할 경우, 상향 최대 800kbps, 하향 최대 10Mbps 정도의 속도로 초고속 인터넷을 사용할 수 있다. 단, 모뎀에서 컨캐터네이션(concatenation) 기능을 지원하지 않으면 5Mbps 이상의 속도를 이용할 수 없다.
컨캐터네이션을 지원하는 케이블 모뎀
한편 최근 일부 업체가 DOCSIS 2.0 상용 서비스를 실시하고 있다. DOCSIS 2.0에서는 여러 가지 방법을 통해 상향 속도와 하향 속도를 올린다. 자세한 내용은 기획기사 '케이블 모뎀의 오늘과 내일' 을 참고하기 바란다.
3. 케이블 모뎀이 켜지면서 어떤 일이 벌어지는가
케이블 모뎀이 켜지면서 어떤 과정이 벌어지는가? 그 과정을 지금부터 살펴보도록 하자.
1) 전원이 꺼진 상태에서 전원이 들어온다.
2) 다운로드에 쓰이는 채널의 주파수를 찾는다(Scan)
케이블 모뎀에 전원이 들어오면, 제일 먼저 케이블 모뎀이 업로드와 다운로드에 사용되는 주파수를 자동으로 찾게 된다. 이 주파수는 케이블 모뎀 사업자마다 모두 다르다.
3) 상향 채널 기술자(Upstream Channel Descriptor)를 받는다.
케이블 모뎀이 주파수를 찾은 다음에는, 업로드에 쓰이는 채널에 대한 내용이 담긴 데이터인 상향 채널 기술자(Upstream Channel Descriptor)라는 것을 받게 된다. 케이블 모뎀은 이 정보를 이용해 신호를 주고 받는다.
4) 신호를 보낼 레벨을 찾는다.
그 다음으로, 케이블모뎀이 업로드때 과연 어느 정도의 세기(이것을 ‘레벨’ 이라 한다)로 신호를 보내야 하는지 검색을 하게 된다.
5) DHCP 서버에 접속해서 IP 주소와 게이트웨이의 주소를 받는다.
업로드와 다운로드에 쓰이는 채널에 관한 설정이 모두 끝나면, 케이블 모뎀은 DHCP 서버에 접속해서 IP 주소와 게이트웨이의 주소를 받아온다. 케이블 모뎀은 이렇게 받아온 주소를 보관하고 있다 PC의 랜카드에 전달해준다.
6) TFTP를 이용해서 설정 파일을 가져온다.
IP를 받아온 케이블 모뎀은, 주파수 정보 이외에 케이블 모뎀이 동작하는데 필요한 여러 가지 정보가 담겨 있는 ‘설정 파일(Config File)’을 서버에서 받아 온다. 이때 케이블 모뎀은 TFTP(Trivial FTP)라는 프로토콜을 이용한다. 또, 이 설정 파일은 케이블 모뎀에 따라 다르다. 케이블 모뎀 사업자들은 이 설정 파일을 이용해 업로드/다운로드 속도를 제한할 수 있다.
7) 현재 시간(Time Of Day)를 얻어온다.
DHCP 서버는 정해진 간격(24시간, 12시간, 1시간 등)에 따라서 케이블 모뎀에 IP를 빌려준다(lease). 그리고 정해진 시간 뒤에도 케이블 모뎀이 여전히 쓰이고 있다면, 케이블 모뎀이 빌려줬던 IP를 그대로 사용할 수 있도록 해준다. 이런 시간 계산을 하기 위해, 케이블 모뎀은 서버에서 현재 시간을 얻어온다. 이때 서버는 DHCP 서버와 같은 서버일 경우가 많다.
8) 온라인.
이제 사용자들이 정상적으로 인터넷을 사용할 수 있다.
4. 케이블 모뎀 망 살펴보기 – 케이블 모뎀에서 ONU까지
그럼 이제부터 케이블 모뎀이 어떤 과정을 거쳐 인터넷에 연결되는지 알아보도록 하자. 간혹 길거리를 지나다니다 보면, 전신주에 다음 사진과 같은 탭이 매달려 있는 것을 볼 수 있다. 이것을 가리켜 탭오프라 한다. 케이블 모뎀에 연결된 동축 케이블은 탭오프에 연결되는데, 보통 한 탭오프에 케이블 모뎀을 최대 8개까지 연결할 수 있다. 아래의 사진에 보이는 ONU 옆에 보이는 초록색 장비가 바로 탭오프이다. 케이블 모뎀 설치할 때 밖에 나가본 사람이라면 한번쯤 본 기억이 있을 것이다.
이 탭오프는 다시 ONU(Optical Network Unit)로 연결된다. 간혹 길거리를 지나다니다 보면 전신주에 네모난 상자가 하나씩 매달려 있는 것을 볼 수 있는데, 이것이 바로 ONU이다. 이 ONU는 동축 케이블로 연결된 케이블 모뎀에서 받은 신호를 광신호로 바꾸어 증폭기까지 전달해주는 역할을 한다. 이 ONU에는 증폭기와 연결되는 광 단자가 하나 있고, 동축 케이블을 연결할 수 있는 단자가 세 개 있다. 이 단자에는 최대 250미터까지 동축 케이블을 연결할 수 있는데, 50미터마다 증폭기가 하나씩 설치된다. 아울러 마지막에는 터미네이터가 설치된다.
회색의 네모난 장비가 바로 ONU이다.
이 ONU는 상/하향 신호 증폭기와 광케이블로 연결된다. 간혹 이렇게 써 놓으면 속도가 빨라지기 때문에 광케이블을 사용하는 것으로 오해하는 사람들이 있다. 하지만 광케이블은 속도를 높이려고 쓰는 게 아니라, 먼 거리에서 보다 안정적으로 데이터를 전송하기 위해 사용하는 것이다.
실제로 ONU는 우리 주위의 전신주에서 흔히 찾아볼 수 있다. 그만큼 케이블 모뎀 사용자들과 가까운 거리에 설치된다는 말이 되겠다. 간혹 광고 전단에서 볼 수 있는 ‘집 앞까지 광케이블로 온다’ 라는 말은 바로 이 ONU를 가리켜 하는 말이다. ‘집 앞까지 광케이블로 온다’ 기 보다는 ‘집 근처까지는 광케이블로 온다’ 라는 말이 더 적당하겠다.
5. 케이블 모뎀 망 살펴보기 – ONU에서 CMTS까지
케이블 모뎀에서 보낸 신호는 탭오프에서 ONU를 거쳐 상/하향 신호 증폭기에 도착한다. 단, 이 상/하향 증폭기는 탭오프의 신호를 증폭해주는 증폭기와 전혀 다른 것이니 오해 없기 바란다.
이 상/하향 신호 증폭기는 ONU에서 받은 광 신호를 변환한 다음, 신호를 증폭해서 CMTS에 연결된 동축 케이블로 전달해준다. 그런데 이 상/하향 신호 증폭기는 필요한 신호만 증폭하는 것이 아니라 잡음까지 한꺼번에 증폭해버린다. 때문에 어느 집에서 잡음이 생기면 다른 사용자도 정상적으로 인터넷을 사용할 수 없다. 이 상/하향 신호 증폭기와 CMTS는 서로 가까운 거리에 설치되기 때문에, 동축 케이블을 이용해 연결된다.
케이블 모뎀 – 탭오프 – ONU – 상/하향 신호 증폭기를 거친 신호는 드디어 CMTS에 도착한다. CMTS는 케이블 모뎀에서 요청한 데이터를 모두 받아 처리해주는 역할을 하는데, 이 CMTS는 각 통신사의 네트워크 장비와 랜으로 연결된다.
우리들이 사용하는 케이블 모뎀은 이런 과정을 거쳐 인터넷에 연결된다.
