OSI - 물리 계층

윤수빈·2024년 8월 29일

개발 네트워크

1. 물리 계층의 주요 기능

OSI 7 계층 모델 에서 OSI 7 계층 모델에 대한 개념과 각 계층의 간단한 개념에 대해서 알아보았습니다.

그리고, 물리 계층의 경우 OSI 7 계층 모델에서 최하위인 1 계층인 것을 알 수 있었습니다.

이번에는 물리 계층에 대해서 자세히 다루어볼 예정이며 주요 기능에 맞추어서 나누어 정리했습니다.

1-1. 전기적 신호 규격 정의

물리계층은 랜선이나 전기선처럼 어떠한 물리적인 연결체(전송 매체)로 데이터를 전달하게 됩니다.
그럼 어떤 데이터를 전달하게 될까요??

이 전달하는 데이터에 대한 내용은 보내는 신호의 종류에 따라서 달라질 수 있습니다.

우리는 이런 물리계층을 통해 신호를 보낸다고 하면 랜선을 통해 데이터를 전달할 수 있습니다.

만약 노트북처럼 블루투스, 와이파이를 무선으로 연결할 수 있는 경우는 어떠한 전기적 파형으로 연결하고, 데이터를 전달할 수 있을 것입니다.

이렇게 우리가 보진못하지만 수많은 전자제품에서 각기 신호를 통해 소통이 이루어질 수 있는겁니다.

1-1-1. 컴퓨터는 다음 계층에 어떤 신호를 보내게 되나요?

위 첫번째 사진을 보시면 0, 1 숫자가 보이는 것처럼 디지털 신호,
즉, 비트를 통해 다음 계층에 데이터를 보내는 것을 알 수 있습니다.

1-1-2. 규격을 정의한다는 것은 무슨 의미일까요?

일반 랜케이블과 광케이블의 차이점을 아시나요?

바로 속도와 양입니다.

이렇게 물리적인 장치인 케이블에 따라서 전달하는 비트의 양과 속도가 차이가 나는 것을 알 수 있습니다.

그리고 굳이 케이블을 나눈 이유는 무엇일까요? 규격을 왜 정의하는 걸까요?

아마 하드웨어적, 소프트웨어적 기술이 향상됨에 따라 전달해야하는 데이터의 양과 속도도 중요해졌다고 생각합니다. 그래서 케이블도 더 높은 차원의 케이블을 만들 필요가 있었고, 사람들도 더 빠른걸 추구하니 일석이조인 느낌인 거죠.

마찬가지로 다음계층에서 데이터를 받을 때 이러한 규격이 존재하지 않다면 전달을 받는 과정에서 오류가 발생할 수도 있을 것입니다.

1-2. 신호의 인코딩과 디코딩

디지털 신호는 0과 1, 비트 단위로 전송한다고 했습니다.

하지만 어떻게 비트단위를 전송하는 걸까요?
나는 분명 이미지를 업로드해서 보냈는데 어떻게 그게 0과 1로 변환되는 걸까요?

이러한 물리 계층에서는 상위 계층에서 받은 패킷을 인코딩과 디코딩을 통해 디지털 부호로 바꾸어서 선로 특성에 맞는 전기적인 펄스 열로 변환을 하게 됩니다.

선로 부호화 또는 전송 부호화, 라인 부호화라고도 합니다.

1-2-1. 왜 부호화를 거치는 걸까요?

지구력과 근력이 동일한 두 사람이 있다고 했을 때,
몸무게가 가벼운 사람과 무거운 사람 중 누가 더 빠르게 달릴 수 있을까요?

아무래도 가벼운 사람이 더 빨리 달릴 수 있겠죠??

마찬가지로 신호도 가벼울수록 더 빨리 전달할 수 있고, 그 다음 계층에서 해석할 때 용이하도록 부품화 되는 것입니다.

1-3. 전송 매체

이렇게 디지털 신호를 보내기 위해서는 디지털 신호로 바꾸어주고 전송해주는 매개체가 필요합니다.

위에서도 잠깐 언급했지만 우리가 지금 사용하는 컴퓨터에 꽂은 랜선이 그에 해당합니다.

랜선만 있을까요?? 그건 아닙니다.

1-3-1. 케이블링 매체

: 전송 장치에 신호를 전달하는 통로 역할

랜선(Twisted Pair)

랜선이라고 불리고, LAN 구간을 연결하는 케이블 중 가장 보편적으로 사용하는 케이블입니다.

동축 케이블(Coaxial)

하나의 구리선으로 통신되며 전기적 간섭을 덜 받도록 하귀 위해 구리망으로 한번 더 감싸진 형태이며 아날로그와 디지털 신호 모두 전송할 수 있는 매체입니다.

광 섬유 케이블(Fiber Optic)

빛에 데이터를 실을 수 있는 기술을 사용하고, 위 케이블들보다 훨씬 빠른 속도로 데이터를 전달합니다.

1-3-2. 장비 매체

허브(Hub)

전기신호를 증폭하여 각 포트에 연결된 PC끼리 케이블 매체를 통해 통신이 가능하게 합니다.

리피터(Repeater)

신호의 세기를 증폭하여 조금 더 먼 거리의 통신이 가능합니다.
포트가 많이 필요없고 허브끼리 통신거리를 증폭시켜주는 장비로 쓰입니다.

스위치(Switch)

전이중 통신방식을 통해 사용 목적은 허브와 동일하지만 데이터의 교환이 충돌이 일어나지 않게끔 통신하는 장치입니다. 허브와 리피터를 사용해 데이터를 보내게되면 충돌하는 경우가 생기는데 이러한 상황을 방지하기 위해 만들어진 장비입니다.

라우터(Router)

네트워크 계층에 IP라는 프로토콜이 있던 것 기억하시나요?
IP에 헤더를 부여하여 패킷을 다른 목적지(Endpoint)로 보낼때 결정하는 것을 라우팅(Routing)이라고 합니다. 라우터는 이런 네트워크 통신을 할 때 다른 네트워크의 장비에 데이터를 보내는 장비입니다.
요즘은 스위치와 라우팅을 동시에 하는 L3 스위치를 많이 사용합니다!!