03. 물리 계층: 데이터를 전기 신호로 변환하기

🖋️ Byongho96

OSI 1계층인 물리 계층에 대해서 학습한다.

3.1. 물리 계층의 역할과 랜 카드

물리계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고, 컴퓨터와 네트워크 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층이다.

3.1.1. 전기 신호와 광신호

컴퓨터의 비트열 데이터는 디지털 전기 신호로 변환되어 랜선을 통해 전달된다. 또 전기 신호는 광 신호로 변환되어 광 섬유를 통해 전돨될 수 있다.

3.1.2. 랜 카드

랜카드는 컴퓨터에서 네트워크에 접속하기 위한 장치이다. 주로 컴퓨터의 마더보드에 설치되어 있으며, 이더넷 케이블(랜선) 등의 물리적인 연결을 통해 네트워크와 통신할 수 있다.

랜카드는 컴퓨터의 비트열 데이터를 전기 신호로 변환하고, 반대로 전기 신호를 비트열 데이터로 변환하는 기능을 가진다.

DAC(Digital-to-Analog Converter, 디지털 아날로그 변환기)는 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전송하고, ADC(Analog-to-Digital Converter, 아날로그-디지털 변환기)는 전기 신호를 디지털 신호로 변환한다.

3.2. 케이블의 종류와 구조

데이터가 흐르는 물리적인 선로인 전송매체는 유선과 무선으로 나뉘며, 유선에는 트위스트 페어 케이블(랜선)과 광케이블 등이 있고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.

3.2.1. 트위스트 페어 케이블

트위스트 페어 케이블은 랜선이라고도 불리며, 이름처럼 여덟 개의 선을 두 개씩 꼬아서 만든다. 전선을 꼬을 경우 전류 흐름 시 생성되는 자기장이 상쇄되어 노이즈 감소 효과를 가져온다.

UTP FTP STP

트웨스트 페어 케이블은 UTP(Unshielded Twist Pair), FTP(Foil screened Twisted Pair), STP(Shielded Twist Pair)로 분류된다.

  • UTP
    차폐 기능이 없는 기본적인 랜선을 뜻하며, 이론상 최대 전송 전송 거리가 100m이다.

  • FTP
    피복 안쪽을 호일로 한 번 감싸고 그 호일 안쪽에 구리접지선을 추가한 형태이다. 이론상 최대 전송 거리가 150m이다.

  • STP
    FTP에 꼬여있는 구리선을 한 묶음으로 나누어 한 번 더 호일을 감싸 준 형태이다. 이론상 최대 전송 거리가 200m이다.

3.2.2. 다이렉트 케이블과 크로스 케이블

  • 다이렉트 케이블
    다이렉트 케이블은 구리 선 8개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블이다. 컴퓨터와 스위치 등을 연결할 때 사용한다.

  • 크로스 케이블
    크로스 케이블은 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연걸한 케이블이다. 컴퓨터와 스위치 등 연결 시, 그리고 컴퓨터 간 직접 연결 시에 사용한다.

위와 같이 두가지의 케이블이 존재하는 이유은 데이터의 송수신이 동시에 일어날 때, 데이터 충돌을 방지하기 위해서이다. 스위치나 허브 내에서도 연결된 케이블에 따라서, 케이블 순서를 한 번 떠 꼬을지 말지를 결정한다. 이에 이용되는 기술이 auto MDIX이다.

auto MDIX는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능이다. 해당 기능을 가진 인터페이스(MDI-X)에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블의 차이를 고려하지 않아도 된다.

3.3. 리피터와 허브

3.3.1. 리피터

일그러진 전기신호를 복원하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비이다. 다른 장비들이 해당 기능을 지원하게 되면서, 최근에는 잘 쓰이지 않는 장비이다.

3.3.2. 허브

여러 대의 컴퓨터를 포트로 연결시켜 데이터를 중개하며, 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 가진다.

허브는 더미 허브(dummy hub) 라고도 불린다. 특정 포트로 부터 데이터를 전달 받았을 경우, 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로 데이터를 전송하기 때문이다. 이러한 불필요한 데이터 전송을 막고자 스위치 장비가 대안으로 쓰인다.