9장: 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

전기 신호

0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 OSI 모델의 물리 계층의 기술이 필요합니다. 즉 물리 계층은 데이터를 전기 신호로 변환하기 위해 필요합니다.

• 전기 신호
  전기 신호는 전압이 일정 패턴으로 변하여 생기는 일련의 흐름으로 전압의 변화가 모여서 만들어진 신호입니다. 이런 전기 신호들을 주고받음으로써 네트워크에서 사진이나 문서 등을 주고받을 수 있습니다.

네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때는 0과 1의 비트열을 전기 신호로 변환해야 하는데, 이 전기 신호의 종류에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있습니다.

• 아래의 그림에서 물결 모양 전기 신호를 아날로그 신호라고 하고 이 신호는 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호입니다.

• 아래의 그림에서 막대 모양 전기 신호를 디지털 신호라고 합니다. 아날로그 신호와 대비되는 신호 형태로 아날로그 신호를 전류의 유무나 극성, 위상의 동일이나 반대 등 물리적 현상을 이용하여 컴퓨터가 인식하는 - 또는 1의 2진수에 대응시켜 나타내는 신호를 말합니다.

데이터가 전기 신호로 변환하는 과정은 다음과 같습니다.
데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 수신 측 컴퓨터에 도착합니다. 수신 측 컴퓨터에서는 전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원합니다

랜카드란

컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜 카드가 메인보드에 포함되어 있는 내장형 랜 카드나 별도의 랜 카드를 가지고 있습니다. 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜 카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을 전기 신호로 변환하는 것입니다. 즉, 랜카드는 컴퓨터의 네트워크 연결 및 데이터 전송을 담당하며, '네트워크 카드' 또는 '네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)'라고도 불립니다.

물리 계층은 OSI 모델의 최하위 계층으로, 데이터를 전송하기위해 시스템 간의 물리적인 연결을 하고 전기 신호의 변환 및 제어하는 역할을 담당합니다. 또한 전송 매체를 통해 데이터를 통신할 수 있는 전기적인 신호로 바꾸어 전송하는 일을 합니다.

정리

• 전기 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다
• 아날로그 신호는 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호다
• 네트워크를 통해 상대방에게 데이터를 전송할 때 0과 1의 비트열은 전기 신호로 변환되어 전송된다. 상대방이 받은 전기 신호는 다시 0과 1의 비트열로 복원된다

10장: 케이블의 종류와 구조

트위스트 페어 케이블

네트워크의 전송 매체는 데이터가 흐르는 물질적인 선로로 종류가 크게 유선과 무선으로 나뉩니다. 유선에는 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등이 있고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있습니다.

트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)은 일반적으로 랜 케이블(LAN cable, 랜선) 이라고 합니다. 이 트위스트 페어 케이블의 종류는 아래와 같습니다.

• UTP 케이블: UTP 케이블은 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드로 보호되어 있지 않은 케이블입니다. 실드(금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것)는 외부에서 발생하는 노이즈를 막아주는 역할을 수행하는데 UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아서 노이즈의 영향을 받기는 쉽지만 저렴합니다.
• STP 케이블: 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블로 UTP 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비쌉니다.

다이렉트 케이블과 크로스 케이블

랜 케이블의 종류에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있습니다.

• 다이렉트 케이블: 구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블로 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용합니다.
• 크로스 케이블: 구리 선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블로 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용합니다. 컴퓨터 간에 직접 데이터를 보낼 때는 양쪽 컴퓨터 모두 1번과 2번을 사용하는데 다이렉트 케이블을 사용하면 양쪽 컴퓨터에서 데이터를 전송하면 충돌이 일어납니다. 그렇기에 크로스 케이블은 일부러 중간에 전선을 교차시켜서(1-3, 2-6) 송신 측과 수신 측이 올바르게 연결되도록 합니다.

정리

• 트위스트 페어 케이블에는 UTP(Unshielded Twisted Pait) 케이블과 STP(Shielded Twisted Pair) 케이블이 있습니다
• UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아 노이즈의 영향을 쉽게 받는다
• STP 케이블은 실드로 보호되어 있어 노이즈의 영향을 매우 적게 받는다
• 트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블이라고 부른다
• 랜 케이블은 통신 규격에 따라 몇 가지 분류로 나눌 수 있다
• 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라는 커넥터가 있다
• 랜 케이블에는 다이렉트 케이블(컴퓨터와 스위치를 연결할 때)과 크로스 케이블(컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때)이 있다

11장: 리피터와 허브의 구조

물리 계층에서 동작하는 장비인 리피터와 허브에 대해 알아보겠습니다.

리피터란?

• 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비
• 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능
• 요즘은 다른 네트워크 장비가 라피터 기능을 지원하기 때문에 쓰이지는 않습니다.
• 전기 신호를 전송할 때 전송하는 거리가 멀어지면 신호가 감쇠하는 성질이 있는데, 이때 감쇠된 전송 신호를 새롭게 재생하여 다시 전달하는 신호 중계 장치를 뜻합니다.

허브란?

• 라피터 외에도 물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비
• 랜을 구성할 때 한 사무실이나 가까운 거리에 있는 장비들을 케이블을 사용하여 연결하는 장치입니다.
• 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러 개 가지고 있고 라피터 허브라고도 불립니다. 라피터는 일대일로 통신만 가능하지만 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와도 통신할 수 있습니다. 랜 케이블을 사용하여 컴퓨터와 허브를 연결할 수 있습니다.
• 허브는 라피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 수행합니다. 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 변경될 때가 있는데 그럴 때 허브가 파형을 정상으로 돌리는 기능을 수행합니다.
• 허브는 컴퓨터 여러 대를 서로 연결하는 장치로 허브를 사용하면 직접 컴퓨터끼리 연결하지 않아도 통신할 수 있습니다.

하지만 위의 그림과 같이 허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있습니다. 컴퓨터 1에서 컴퓨터 2로 데이터를 전송해도 나머지 컴퓨터 3과 4에도 전송되는 것입니다. 이처럼 허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브(dummy hub)라는 이름으로 불리기도 합니다.

이러한 단점으로 인해 대책으로 나온 것이 스위치(switch)라는 네트워크 장비입니다.

정리

• 라피터는 네트워크를 중계하기 위한 장비다
• 허브는 라피터 허브라고도 한다
• 허브는 전기 신호를 정형하고 증포하는 기능을 한다
• 라피터와 허브는 데이터를 보내는 대상뿐만 아니라 모든 포트에 데이터를 전송한다
• 허브는 스스로 판단할 수 없기 때문에 '더비 허브'라고도 부른다

참조
모두의 네트워크
위키백과 - 이더넷 허브