모두의 네트워크 - 3장. 물리계층: 데이터를 전기 신호로 변환하기

앞서 2장에서 다룬 OSI 모델의 제 1계층인 물리계층에 대해 다뤄보고자 한다.

 

---

<물리계층의 역할과 랜카드의 구조>

 

물리 계층의 기능

 

물리 계층

• OSI 7계층 중 최하위 1계층
• 데이터를 전송하기 위한 시스템 간의 물리적인 연결 역할
• 데이터링크 계층으로부터 받은 데이터 비트열을 물리적인 전송 매체를 통해 상대측 물리계층으로 전달
• 0과 1로 이루어진 데이터 비트열을 전기 신호로 변환하여 수신측 물리 계층으로 전달
  • 전기 신호
  • 전압이 일정 패턴으로 변화하여 생기는 일련의 흐름
  • 전압의 변화가 모여서 만들어진 신호
  • 전기 신호의 종류 - 아날로그 신호(연속적), 디지털 신호(불연속적)
    • 아날로그 신호 - 연속적인 파형의 비 주기 신호. 전화 회선이나 라디오 방송에 사용
    • 디지털 신호 - 아날로그와 대비적 / 아날로그 신호를 전류의 유무나 극성, 위상의 동일이나 반대 등 물리적 현상을 이용해 컴퓨터가 인식하는 0과 1의 2진수에 대응시켜 나타내는 신호 
• 케이블이나 연결 스테이션 등과 같은 기본적인 연결 장치의 기계적 및 전기적 항목 규정
• 기능
  • 회선 구성: 점 대 점  / 점 대 다중점 방식 존재, 전송회선 공유 여부에 대한 결정
  • 데이터 전송 방식: 단방향 / 반이중(송수신 동시X) / 전이중 방식
  • 접속 형태: 계층형, 버스형, 성형, 원형, 그물형
  • 신호: 단극형 / 극형 / 양극형과 같은 신호의 종류 결정
  • 부호화: 비트 0과 비트 1을 표현하는 신호 시스템 정의
  • 전송매체: 유선과 무선으로 구분됨
    • 유선 - 트위스트 페어, 동축, 광 케이블 등 존재
    • 무선 - 라디오파, 마이크로파, 적외선 등 존재
  • 인터페이스: 효율적인 전송을 위한 정보 공유 방법과 전달 방법 등을 규정
  • 기타: 커넥터의 종류와 크기 등의 상세 규격, 전송 매체의 굵기 및 재질 규정

디지털 신호와 아날로그 신호

 

 

 

랜 카드

랜 카드

• 네트워크 카드 or 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)라고도 함
• 컴퓨터의 네트워크 연결 및 데이터 전송 담당
• 0과 1로 이루어진 데이터 비트열을 전기 신호로 변환
• 보통 메인보드에 포함되어 있음(내장형 랜 카드)

 

 

 

 

 

<케이블의 종류와 구조>

 

전송 매체

• 데이터가 흐르는 물리적인 선로
• 종류 - 유선, 무선
  • 무선 - 라디오파, 마이크로파, 적외선 등
  • 유선 - 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등
    • 트위스트 페어 케이블
      • 일반적으로 랜 케이블, 랜 선이라고 함 
      • 종류 - UTP, STP
        
        • UTP(Unshielded Twist Pair)
          • 구리선 8개를 2개씩 꼬아 만든 4쌍의 전선
          • 쉴드로 보호되어 있지 않은 케이블
          • => 노이즈의 영향을 받기 쉬움
          • 저렴하기 때문에 보편적으로 사용됨
        • STP(Shielded Twist Pair)
          • 구리선 8개를 2개씩 꼬아 만든 4쌍의 전선 각각을 쉴드로 보호한 케이블
          • 노이즈의 영향을 적게 받음
          • 비싸서 보편적으로 사용되지는 않음
          • 주로 옥외, 고압 전류가 흐르는 곳 등 특수한 장소에서 사용
      • UTP, FTP, STP 관련 참고 포스팅 => https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=sanwasupply&logNo=221356949786
      • 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45 커넥터가 붙어 있음
      • 이 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 다른 네트워크 기기에 연결
      • 랜 케이블의 종류 - 다이렉트 케이블, 크로스 케이블 
        • 다이렉트 케이블
          • 구리선 8개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블
          • 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용
        • 크로스 케이블
          • 구리선 8개를 엇갈린 순서로 커넥터에 연결한 케이블
          • 한쪽의 커넥터의 1, 2번 구리선을 다른 쪽의 3, 6번 구리선에 연결
          • 나머지 4, 5, 7, 8번 사용X
          • 컴퓨터 간 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용
          • 컴퓨터 간 데이터 전송시 양쪽 컴퓨터 모두 1, 2번으로 전송하기 때문에 일부러 선을 엇갈리게 하여 데이터가 충돌하지 않도록 함

 

다이렉트 케이블

 

크로스 케이블

 

 

 

 

<리피터와 허브의 구조>

 

리피터

전송 매체를 통해 전기 신호를 전송할 때, 거리가 멀어지면 전기 신호가 감쇠하는 성질 존재

또한, 노이즈로부터 영향을 받아 신호가 일그러지기도 함

송신 측에서부터 수신 측으로 전기를 보낼 때 중간에서 이렇게 감쇠되고 일그러진 전기신호를 정형(복원)하고 증폭하는 기능을 하는 신호 중계 장치

요즘엔 사용X => 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문

일대일 통신만 가능

 

 

허브

 

허브

 

• 랜(근거리 통신망)을 구성할 때 가까운 거리에 있는 장비들을 케이블을 사용하여 연결하는 장치
• 리피터 허브라고도 함
• 여러 개의 포트를 가지고 있음
• 컴퓨터 여러 대와 통신(연결) 가능
• 리피터와 동일하게 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능
• 특정 포트로부터 데이터를 받으면 해당 포트를 제외한 나머지 포트 전부에 받은 데이터를 전송하는 특징
• 판단 없이 전기 신호를 모든 포트로 내보내기 때문에 더미 허브라고도 함 ==> 대책: 스위치