모두의 네트워크 3장 : 물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환하기

 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조 

 

• OSI 모델 중 0과 1만으로 이뤄진 비트열을 전기 신호로 변환하는 역할을 물리 계층이 하고 있다. 
• 전기 신호의 종류에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.
  • 아날로그 신호 : 물결 모양과 같은 연속적인 전기신호로, 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호
  • 디지털 신호 : 0과 1로 표현가능한 불연속적 전기 신호
• 데이터의 전기신호 변환 과정 : 송신측이 0/1 비트열 데이터 -> 전기 신호 변환 => 네트워크를 통해 수신측에 도착 => 수신측에서 전기 신호를 0/1 비트열 데이터로 복원
• 랜카드 : 데이터를 전기 신호로 변환하는 역할을 수행. 컴퓨터는 매인 보드의 포함된 내장형 랜카드 혹은 별도의 랜카드를 가지고 있다. 컴퓨터 내부에서 데이터를 랜카드로 전송하면, 그것을 비트열 전기신호로 변환한다.
• 따라서 물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비(랜카드)를 연결하고 네트워크 장비로 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층이다.

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 케이블의 종류와 구조 

 

• 네트워크 전송 매체 : 데이터가 흐르는 물리적인 선로로 종류가 크게 유선과 무선으로 나뉜다. 유선에는 트위스트 페어 케이블, 광케이블이 있으며, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.
• 트위스트 페어 케이블(Twisted Pair Cable) :일반적으로 랜 케이블이라고 한다.
  • UTP 케이블 : 구리선 여덟 개를 두개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선을 실드로 보호하지 않은 케이블. 실드는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할을 한다. UTP는 실드로 보호되어있지 않아서 노이즈의 영향을 받기 쉬우나, 저렴해서 일반적으로 많이 사용된다.
  • STP 케이블 : 두개씩 꼬아 만든 전선을 실드로 보호하는 케이블. 노이즈의 영향을 매우 적게 받으나 비싸기 때문에 보편적으로 사용되지는 않는다.
  • 노이즈는 케이블의 전기 신호가 흐를 때 발생하며 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리선 두개를 비틀어 케이블을 만든다.
  • 노이즈의 영향을 받으면 전기 신호가 왜곡된다.
  • UTP 케이블은 데이터 전송 품질에 따라 다음 표와 같이 분류 가능하다.

분류	규격	속도
Cat3	10BASE-T	10Mbps
Cat5	100BASE-TX	100Mbps
Cat5e	1000BASE-T	1000Mbps
Cat6	1000BASE-TX	1000Mbps
Cat6a	10GBASE-T	10GMbps
Cat7	10GBASE-T	10GMbps

• RJ-45 : 랜 케이블 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어있다. 이 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 네트워크 기기에 연결하는 것이다.
• 랜 케이블에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.
  • 다이렉트 케이블 : 구리선 여덟개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 것. 다이렉트 케이블에서는 한쪽 컴퓨터가 1,2번을 통해 송신하고, 다른쪽 컴퓨터는 3,6번을 통해 수신받는다.
  • 크로스 케이블 : 한쪽 커넥터에 1,2 번에 연결되는 구리선을 다른쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 것. 양측의 컴퓨터에서 모두 1,2번을 통해 수신받고, 3,6번을 통해 송신한다. 
• 랜 케이블은 모두 1, 2, 3, 6 번 구리선만을 사용 중이며, 나머지 선 네 개는 다이렉트의 경우, 컴퓨터와 스위치가 연결될 때 사용되고, 크로스 케이블의 경우, 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용한다. 

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 리피터와 허브의 구조 

 

• 리피터 : 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비. 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 하지만 요즘은 허브가 리피터 기능을 지원하므로 잘 사용되지 않는다. 포트를 한개 갖기 때문에 일대일 통신만 가능하다.
• 허브 : 리피터 허브라고도 불린다.  허브는 포트를 여러개 갖고 있어 컴퓨터 여러대와도 통신이 가능하다. 허브도 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다. 컴퓨터가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향을 받아 변경될 수 있는 파형을 복원하는 것이다. 허브는 컴퓨터 여러대를 서로 연결하기도 하여 직접 컴퓨터끼리 연결하지 않아도 된다는 장점이 있다. 그러나 전기신호를 어떤 컴퓨터에서 송신하면 허브는 스스로 전기신호를 수신할 컴퓨터를 특정하여 판단하지 않고, 모든 포트로 보내기 때문에 더미 허브(dummy hub)라고도 불린다. 이와 같은 비효율성을 해결한 것이 스위치이다.
• auto MDIX : 다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능이다. 컴퓨터나 라우터의 인터페이스는 MDI(Media Dependent Interface)라고 하고, 스위치나 허브의 인터페이스는 MDI-X(Media Dependent Interface Crossover)라고 한다. 일반적으로는 MDI와 MDI-X를 연결할 떄 다이렉트 케이블을 사용하고 MDI끼리 혹은 MDI-X끼리 서로 연결할 때에는 크로스 케이블을 사용한다. 케이블 배선 실수로 인한 문제를 해결하기 위해 MDI와 MDI-X의 차이를 자동으로 판단하여 연결 신호를 전환하는 기능을 가진 스위치나 허브를 사용한다.