3장 | 물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환하기

물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환하기

LESSON 9 - 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

물리 계층 (physical layer)

• OSI 모델의 최하위 계층으로, 데이터를 전송하기 위해 시스템 간의 물리적인 연결을 하고 전기 신호의 변환 및 제어하는 역할을 담당한다.
• 또한, 전송 매체를 통해 데이터를 통신할 수 있는 전기적인 신호로 바꾸어 전송하는 일을 한다.

전기 신호 (electronic signal)

• 전기 신호는 전압이 일정 패턴으로 변하여 생기는 일련의 흐름으로 전압의 변화가 모여서 만들어진 신호다.
• 이런 전기 신호들을 주고받음으로써 네트워크에서 사진이나 문서 등을 주고 받을 수 있다.
• 0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하기 위해 물리 계층의 기술이 필요하다.
• 아날로그 신호
  • 전화 회선이나 라디오 방송에서 사용되는 신호이다.
• 디지털 신호 (digital signal)
  • 아날로그 신호와 대비되는 신호 형태로 아날로그 신호를 전류의 유무나 극성, 위상의 동일이나 반대 등 물리적 현상을 이용하여 컴퓨터가 인식하는 0 또는 1의 2진수에 대응시켜 나타내는 신호를 말한다.

• 데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 수신 측 컴퓨터에 도착한다.
  • 수신 측 컴퓨터에서는 전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원한다.

랜 카드 (LAN card)

• 컴퓨터의 네트워크 연결 및 데이터 전송을 담당하며, ‘네트워크 카드’ 또는 ‘네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)’라고도 불린다.
• 컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜 카드가 메인 보드에 포함되어 있는 내장형 랜 카드나 별도의 랜 카드를 가지고 있다.
• 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜 카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을 전기 신호로 변환한다.

LESSON 10 - 케이블의 종류와 구조

전송 매체

• 데이터가 흐르는 물리적인 선로로 유선과 무선이 있다.
• 유선 : 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등
• 무선 : 라디오파, 마이크로파, 적외선 등

트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)

• 트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블(LAN cable, 랜 선)이라고 한다.
• UTP (Unshielded Twist Pair, 비차폐 연선) 케이블
  • 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드(shield)로 보호되어 있지 않은 케이블이다.
  • 실드는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할을 한다.
    • 노이즈는 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생한다.
    • 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리 선 두 개를 비틀어 꼬아서 케이블을 만드는 것이다.
  • UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블이다.

• STP (Shielded Twist Pair, 차폐 연선) 케이블
  • 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블이다.
  • UTP 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지는 않는다.
• 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45 라고 부르는 커넥터가 있는데, 이 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 네트워크 기기에 연결하는 것이다.

랜 케이블의 종류 - 다이렉트 케이블과 크로스 케이블

• 다이렉트 케이블
  • 구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블이다.
  • 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용한다.

• 크로스 케이블
  • 구리 선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블이다.
  • 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용한다.

• 다이렉트 케이블이나 크로스 케이블 모두 실제로 1번, 2번, 3번, 6번 구리 선만 사용하고 있으며, 나머지 선 네 개는 사용하지 않는다.

LESSON 11 - 네트워크 장비, 리피터와 허브의 구조

리피터(repeater)

• 전기 신호를 전송할 때 전송하는 거리가 멀어지면 신호가 감쇠하는 성질이 있는데, 이때 감쇠된 전송 신호를 새롭게 재생하여 다시 전달하는 신호 중계 장치를 말한다.
• 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비이다.

허브(hub)

• 랜을 구성할 때 한 사무실이나 가까운 거리에 있는 장비들을 케이블을 사용하여 연결하는 장치다.
• 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다.
• 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러 개 가지고 있고 리피터 허브라고도 불린다.
• 리피터는 일대인 통신만 가능하지만 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와도 통신할 수 있다.
• 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 팡형이 변경될 때가 있는데 이때 허브가 파형을 정상으로 되돌린다.

• 허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브(dummy hub)라는 이름으로 불리기도 한다.

auto MDIX (auto Medium-Dependent Interface crossover)

• 다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능이다.
• MDI(Media Dependent Interface) : 컴퓨터나 라우터의 인터페이스
• MDI-X (Media Dependent Interface crossover) : 스위나 허브의 인터페이스
• MDI와 MDI-X를 연결할 때는 다이렉트 케이블을 사용하고, MDI끼리나 MDI-X끼리 서로 연결할 때는 크로스 케이블을 사용한다.