🌏 3장 물리 계층: 데이터를 전기 신호로 변환하기
🚩 이 장의 목표
OSI 모델의 1계층인 물리 계층에 대해 알아보자.
- 전기 신호를 이해한다.
- 랜 케이블을 이해한다.
- 리피터를 이해한다.
- 허브를 이해한다.
LESSON 09. 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조
데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 전송된다. 이때의 전기 신호에 대해 알아보자.
1. 전기 신호란?
0과 1(디지털 신호)만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환 하기 위해 OSI 계층 중에 맨 아래 계층인 물리 계층의 기술이 이용된다.
전기 신호의 종류에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.
물결 모양의 전기 신호를 아날로그 신호라고 한다. 이 신호는 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호이다.
막대 모양 전기 신호를 디지털 신호라고 한다.
2. 랜 카드란?
물리 계층에서 0과 1을 전기 신호로 전송은 하는데, 도대체 어떻게 변환 할까?
컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜 카드가 메인 보드에 포함되어 있는 내장형 랜 카드나 별도의 랜 카드를 가지고 있다. 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을을 전기 신호로 변환한다.
물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 컴퓨터와 네트워크 장비 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층이다.
3. Lesson 9 정리
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전기 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.
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아날로그 신호는 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호다.
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네트워크를 통해 상대방에게 데이터를 전송할 때 0과 1의 비트열은 전기 신호로 변환되어 전송된다. 상대방이 받은 전기 신호는 다시 0과 1의 비트열로 복원된다.
LESSON 10. 케이블의 종류와 구조
네트워크 전송 매체의 종류에는 유선과 무선이 있다. 유선 전송 매체로 사용되는 네트워크 케이블 커넥터에 대해 알아보자.
전송매체는 데이터가 흐르는 물리적인 선로로 종류가 크게 유선과 무선으로 나뉜다. 유선에는 트위스트 페어 케이블, 광 케이블 등이 잇고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.
1. 트위스트 페어 케이블이란?
트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)은 가장 많이 사용된다.
트위스트 페어 케이블의 종류로는 UTP 케이블(Unshielded Twist Pair, 비차폐 연선)과 STP 케이블(Shielded Twist Pair, 차폐 연선)가 있다.
우선 실드(shield)는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈(noise)를 막는 역할을 한다.
UTP 케이블은 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드로 보호되어않다. 그래서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블이다.
한편 STP 케이블은 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블이다. 그래서 UTP와 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지 않는다.
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 케이블과 크로스 케이블 자세히 알아보기
3. Lesson 10 정리
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트위스트 페어 케이블에는 UTP 케이블과 STP 케이블이 있다.
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UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아 노이즈의 영향을 쉽게 받는다.
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STP 케이블은 실드로 보호되어 있어 노이즈의 영향을 매우 적게 받는다.
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트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블이라고 부른다.
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랜 케이블은 통신 규격에 따라 몇가지 분류로 나눌 수 있다.
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랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라는 커넥터가 있다.
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랜 케이블에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.
LESSON 11. 리피터와 허브의 구조
물리 계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있다. 리피터와 허브의 특징을 알아보자.
1. 리피터(repeater)란?
리피터는 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비다.
통신하는 상대방이 멀리 있을 때 리피터를 사이에 넣으면 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 한다. 하지만 요즘은 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 리피터를 쓸 필요가 없다.
2. 허브(hub)란?
리피터 이외에도 물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비에는 허브(hub)라는 장비가 있다.
허브는 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러 개 가지고 있고 리피터 허브라고도 불린다. 리피터는 일대일 통신만 가능하지만, 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와도 통신할 수 있다.
허브는 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다.
물론, 허브는 컴퓨터 여러 대를 서로 연결하는 장치이다. 그래서 직접 컴퓨터끼리 연결하지 않아도 통신할 수 있다.
하지만 허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받으면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송한다.
예를 들어 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.
3. Lesson 11 정리
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리피터는 네트워크를 중계하기 위한 장비다.
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허브는 리피터 허브라고도 부른다.
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허브는 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다.
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리피터와 허브는 받은 데이터를 보내는 대상뿐만 아니라 모든 포트에 전송한다.
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허브는 스스로 판단할 수 없기 때문에 '더미 허브'라고도 부른다.
❗ 보강
허브 vs 스위치
허브 역시 리소스 공유를 목적으로 여러 기기를 하나로 연결할 수 있는데, 허브에 연결된 기기 집단을 LAN 세그먼트라고 한다. 허브가 스위치와 다른 점은 연결된 기기 중 하나에서 전송된 패킷이 허브에 연결된 모든 기기로 브로드캐스팅된다는 점이다.
반면 스위치는 패킷의 목적지 주소로 지정된 기기로 이어지는 포트로만 패킷이 전달된다. 또한 스위치는 일반적으로 LAN 세그먼트와 세그먼트에 연결된 허브를 연결한다. 스위치는 동일한 LAN 세그먼트의 기기를 향하는 트래픽을 걸러낸다. 이런 기능 덕분에 스위치는 자체 프로세싱 리소스와 네트워크 대역폭을 더 효율적으로 활용한다.
🎈 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.
