물리계층, 전기 신호, 디지털 신호, 랜 카드, 케이블, 허브 | 모두의 네트워크

물리계층의 역할과 랜 카드를 알아보자

전기 신호

앞서 OSI 모델에 대해 배웠는데,

0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 아래 표과 같이 맨 아래 계층인 물리계층의 기술이 필요하다.

응용계층  ---- 7계층

표현 계층 ---- 6계층

세션 계층 ---- 5계층

전송 계층 ---- 4계층

네트워크 계층 ---- 3계층

데이터 링크 계층 ---- 2계층

물리 계층 ---- 1계층

네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때에는

0과 1의 비트열 -> 전기신호 !!! 변환해야 한다!!

 

전기 신호의 종류

1. 아날로그 신호

   - 전화 회선, 라디오 방송에 사용되는 신호

   - 물결 모양

 

2. 디지털 신호

   - 막대 모양

 

데이터는 어떻게 전달되는거지...?

데이터 송신 측 컴퓨터	- - > 전기 신호로 변환 - - >	- - > 네트워크를 통해 이동 - - >	데이터 수신 측 컴퓨터
0과 1의 비트열 데이터			전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원

 

그래서 0과 1을 어떻게 전기 신호로 변환하냐구 . . .

랜 카드

데이터를 전기 신호로 바꾸어주는 장치이다. 

0과 1의 정보 - - ->

- - > 랜 카드 - - >

- - > 전기 신호로 변환!

- 내장형 랜 카드 (메인 보드에 포함되어 있음)
- 별도의 랜 카드

 

정리하자면,

물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 이 둘 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층이다. 

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케이블 종류, 구조 - 네트워크 전송 매체

전송 매체

데이터가 흐르는 물리적인 서로를 말한다. 종류는 유선과 무선! 

 

유선 전송 매체

1. 트위스트 페어 케이블

2. 광케이블

등 등

 

무선 전송 매체

1. 라디오파

2. 마이크로파

3. 적외선

등 등

 

이 중 트위스트 페어 케이블을 알아보자.

트위스트 페어 케이블 == 랜케이블 !!!(LAN cable, 랜 선)

종류

1. UTP 케이블

2. STP 케이블

 

1. UTP 케이블

구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선이다. *실드(shield)로 보호되어 있지 않은 케이블이다. 일반적으로 많이 사용한다. 데이터 전송 품질에 따라 종류가 나뉜다.

장점 - 저렴하다.

단점 - 실드로 보호되어 있지 않아서 *노이즈의 영향을 받기 쉽다.

 

*실드

금속호일이나 금속의 매듭같은 것으로, 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할을 한다.

 

*노이즈

케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생한다. 노이즈의 영향을 적게 받으려면 구리 선 두 개를 비틀어 꼬아야한다.

노이즈의 영향을 받으면 전기신호가 막대모양에서 심장박동처럼 못생겨진다...

 

2. STP 케이블

두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블이다. 노이즈의 영향을 매우 적게 받는다.

장점 - 노이즈 영향 매우 적게 받음 

단점 - 비싸서 잘 사용 안 함

 

지금부터는 트위스트 페어 케이블 (UTP, STP)를 랜 케이블이라고 부를거다.

랜 케이블은 가전 용품점이나 인터넷에서 살 수 있다. 대신 목적에 맞게 잘 확인해야한다. 종류 별로 지원하는 속도가 다르기 때문! 

RJ-45 (Startech 네트워크 케이블 상품 사진)

렌 케이블 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어있다. 이 커넥터를 컴퓨터 랜 포트나 네트워크 기기에 연결한다. 

 

 

 

랜 케이블에도 종류가 있나?

다이렉트 케이블 & 크로스 케이블

다이렉트 케이블 구조

다이렉트 케이블은 구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블이다.

크로스 케이블 구조

크로스 케이블은 구리 선 여덞 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블이다.

 

둘 다 실제로는 1번, 2번, 3번, 6번 구리 선을 사용하고 있다. 나머지 선 네 개는 사용하지 않는다. (!!)

다이렉트 케이블	크로스 케이블
컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용	컴퓨터 간 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용

컴퓨터 간 직접 데이터를 보낼 때는 양쪽 컴퓨터 모두 1번과 2번 선을 사용한다.

 

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물리계층의 네트워크 장비인 리피터와 허브

리피터 (repeater)

전기 신호를 정형 (일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비이다.  약해진 신호 세기가 리피터를 거치면 신호가 증폭되어 파형이 정상화된다. 통신하는 상대방이 멀리 있을 때 리피터를 사이에 넣어주면 된다.

예전에 사용하던 장비로, 요즘은 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 리피터를 쓸 필요가 없다. 

 

허브(hub)

여러 개의 포트(실제로 통신하는 통로)를 가지고 있다. 리피터 허브라고도 부른다. 리피터는 일대일 통신만 가능한데, 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와 통신할 수 있다.

허브 (해시넷위키)

랜 케이블을 이용해서 컴퓨터와 허브를 연결할 수 있다.

리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증복하는 기능을 한다. 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경될 때가 있다. 그럴 때 허브가 파형을 정상으로 되돌리는 기능을 한다. 

 

장점 - 컴퓨터 여러 대를 직접 연결하지 않아도 통신할 수 있도록 한다!! 

단점 - 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있다. 컴퓨터1은 컴퓨터2에게만 전송하고 싶어도, 3, 4, 5까지 모두 데이터를 받게 된다.

 

허브의 다른 이름!?

허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브(dummy hub)라고도 한다.

 

허브는 그럼 비효율적인데?

더미 허브의 단점을 보완하는게 바로 스위치 (switch)!

스위치는 4장에서 설명하겠다. 후훗

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보충

auto MDIX (auto Medium-Dependent Interface crossover)

다이렉트 케이블, 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능이다. 컴퓨터나 라우터의 인터페이스는 MDI (Media Dependent Interface)라고 하고, 스위치나 허브의 인터페이스는 MDI-X (MDI crossover)라고 한다.

 

일반적으로 MDI와 MDI-X를 연결할 때는 다이렉트 케이블을 사용하고,

MDI 끼리나 MDI-X 끼리 서로 연결할 때는 크로스 케이블을 사용한다.

 

최근에는 케이블 배선 실수로 인한 통신 문제를 해결하기 위해 MDI 와 MDI-X 차이를 자동으로 판단하여 연결 신호를 전환하는 기능을 가진 스위치나 허브를 많이 사용한다. 컴퓨터와 허브를 연결하거나 허브 간 연결한다면 케이블의 차이를 고려하지 않아도 된다!

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< Reference >

미즈구치 카츠야, 『모두의 네트워크』, 길벗(2021), p63-82.