OSI모델의 1계층인 물리 계층에 대해 공부하기

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

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🌏 물리 계층:: 데이터를 전기 신호로 변환하기

🚀 What I Will Learn

• 전기 신호를 이해한다
• 랜 케이블을 이해한다
• 리피터를 이해한다
• 허브를 이해한다

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LESSON 09. 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 전송된다.

1) 전기 신호란?

0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 OSI모델의 맨 아래 계층인 물리 계층의 기술이 필요하다

전기 신호의 종류는 두 가지가 있는데

• 아날로그 신호: 물결 모양의 전기 신호. 전화 회선이나 라디오 방송에 사용
• 디지털 신호: 막대 모양의 전기 신호

❓데이터가 어떻게 전기신호로 변환될까?

1) 데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터가 전기 신호로 변환
2) 네트워크를 통해 전기 신호로 전송
3) 데이터 수신 측 컴퓨터에 도착, 데이터 수신 측 컴퓨터는 전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원

2) 랜 카드란?

0과 1의 비트열 데이터를 어떻게 전기 신호로 변환할까?

컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜카드가 메인 보드에 포함되어 있는 내장형 랜카드나 별도의 랜카드를 가지고 있다.

0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜카드로 전송되고 랜카드는 0과 1을 전기신호로 변환

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LESSON 10. 케이블의 종류와 구조

네트워크 전송 매체의 종류에는 유선과 무선이 있다. 유선 전송 매체로 사용되는 네트워크 케이블 커넥터에 대해 알아보자

1) 트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)이란?

전송 매체: 데이터가 흐르는 물리적인 선로.
유선(트위스트 페어 케이블, 광케이블 등)과
무선(라디오파, 마이크로파, 적외선 등)이 있다

✔️ 가장 많이 사용되는 트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)

트위스트 페어 케이블의 종류에는

• UTP 케이블(Unshielded Twist Pair, 비차폐 연선)과
• STP 케이블(Shielded Twist Pair, 차폐 연선)가 있다.

UTP 케이블	STP 케이블
☑️ 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선	☑️ 두 개씩 꼬아 만든 선
☑️ 실드로 보호되어 있지 않은 케이블	☑️ 실드로 보호한 케이블
☑️ 그래서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만	☑️ 그래서 UTP와 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만
☑️ 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블이다.	☑️ 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지 않는다

실드(shield)는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈(noise)를 막는 역할을 한다.

🗣 트위스트 페어 케이블(UTP, STP)은 일반적으로 랜 케이블(LAN cable, 랜 선)이라고 한다

랜 케이블의 양쪽 끝에는 위 사진의 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어 있다. 이 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 네트워크 기기에 연결한다.

2) 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이란?

랜 케이블 종류에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.

• 다이렉트 케이블: 구리선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블
• 크로스 케이블: 구리선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번이 연결되는 구리선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블

다이렉트 케이블이나 크로스 케이블 모두, 실제로는 1번, 2번, 3번, 6번 구리선을 사용한다

나머지 네 개의 선은

• 다이렉트 케이블: 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용
• 크로스 케이블: 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용

📍중요!!
컴퓨터 간에 직접 데이터를 보낼 때는 양쪽 컴퓨터 모두 1번과 2번을 사용.

양쪽 컴퓨터에서 1번과 2번으로 데이터를 전송하면 데이터가 충돌하므로
크로스 케이블은 일부러 중간에 전선을 교차시켜서 송신측과 수신측이 올바르게 연결되도록 하고 있다

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LESSON 11. 리피터와 허브의 구조

물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비인 리피터와 허브. 리피터와 허브의 특징을 알아보자.

1) 리피터(repeater)란?

✔️ 리피터는

• 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고
• 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비이다
• 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 한다
• 하지만 요즘 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하리 때문에 리피터를 쓸 필요가 없어졌다....

2) 허브(hub)란?

✔️ 허브는

• 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러개 가지고 있고 리피터 허브라고도 불린다.
• 리피터는 1:1 통신만 가능하지만, 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 여러 대의 컴퓨터와도 통신할 수 있다
• 허브는 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다
• 허브는 컴퓨터 여러 대를 서로 연결하는 장치라서 직접 컴퓨터끼리 연결하지 않아도 통신할 수 있다
• 허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받으면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송한다

컴퓨터 1에서 컴퓨터 2로만 데이터를 보내려고 해도, 허브에 컴퓨터 (1, 2, 3, 4, 5)가 연결되어 있다면 컴퓨터 2뿐만 아니라 컴퓨터 (3, 4, 5)에도 불필요한 데이터가 전송되는 문제점이 있다.
이처럼 허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브(dummy hub)라는 이름으로 불리기도 한다
더미 허브 문제점의 대책으로 나온게 스위치(switch)라고 하는 네트워크 장비다

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:: 용어 정리💡

• 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 주고받을 수 있다.

• 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.

• 랜 카드(LAN card): 컴퓨터의 네트워크 연결 및 데이터 전송을 담당하며(물리 계층에서 디지털 신호 0과 1을 전기 신호로 변환), '네트워크 카드' 또는 '네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)'라고도 불린다.

• 케이블(cable): 전선을 뜻한다. 전달하는 신호나 사용되는 장소에 따라 여러 종료의 케이블이 있는데, 네트워크를 연결하는 케이블을 랜 케이블 또는 랜 선이라고 한다.

• 리피터(repeater): 전기 신호를 전송할 때 전송하는 거리가 멀어지면 신호가 감쇠하는 성질이 있는데, 이때 감쇠된 전송 신호를 새롭게 재생하여 다시 전달하는 신호 중계 장치를 리피터라고 한다.

• 허브(hub): 랜을 구성할 때 한 사무실이나 가까운 거리에 있는 장비들을 케이블을 사용하여 연결하는 장치다.

• 노이즈(noise, 잡음): 데이터의 왜곡이나 분해로 인해 전송매체에서 생기는 전자 신호다.