물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조
전기 신호란
컴퓨터는 0과 1만 이해할 수 있기 때문에 네트워크를 통해 데이터를 주고 받을 때는 0과 1의 비트열을 전기신호로 변환해야한다.
0과 1로만 이루어진 비트열을 전기신호로 변환하려면 OSI 모델의 가장 아래에 있는 물리계층의 기술이 필요하다.
전기신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있는데, 물결 모양으로 끊기지 않는 모양의 전기 신호를 아날로그 신호라고 한다. 아날로그 신호는 전화 회선이나 라디오 방송에서 사용되는 신호이다.
디지털 신호는 막대모양으로 매끄럽게 이어지지 않는 모양이다.
그렇다면 데이터는 어떻게 전기신호로 변환될까
데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 수신 측 컴퓨터에 도착한다. 수신 측 컴퓨터에서는 전기신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원한다.
랜 카드란
0과 1은 어떻게 전기 신호로 변환되는 걸까
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 랜 카드로 전송되고, 랜 카드는 0과 1을 전기신호로 변환한다.
물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 컴퓨터와 네트워크 장비간에 전송되는 데이터를 전기신호로 변환하는 계층이다.
케이블의 종류와 구조
트위스트 페어 케이블이란
전송 매체란 데이터가 흐르는 물리적인 선로로 종류가 크게 유선과 무선으로 나뉘어진다. 유선에는 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등이 있고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.
트위스트 페어 케이블에는 UTP케이블과 STP 케이블이 있다.
UTP 케이블은 구리선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네쌍의 전선으로 실드로 보호되어 있지 않은 케이블이다. 실드는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할을 한다. 따라서 UTP 케이블은 실드로 보호되어있지 않아 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블이다.
STP 케이블은 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블이다. UTP 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지는 않는다. 실드로 전선을 감싸기 때문에 외부에서 발생하는 노이즈의 영향을 받지 않는다.
노이즈란 데이터의 왜곡이나 분해로 인해 전송매체에서 생기는 전자신호다.
노이즈는 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생한다. 그렇기 때문에 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리 선 두개를 비틀어 꼬아 케이블을 만드는 것이다. 노이즈의 영향을 받으면 전기 신호의 형태가 왜곡된다.
UTP 케이블은 데이터 전송 품질에 따라 다음 표와 같이 분류할 수 있다.
| 분류 | 규격 | 속도 |
|---|---|---|
| Cat3 | 10BASE-T | 10Mbps |
| Cat5 | 100BASE-TX | 100Mbps |
| Cat5e | 1000BASE-T | 1000Mbps |
| Cat6 | 1000BASE-TX | 1000Mbps |
| Cat6a | 10GBASE-T | 10GMbps |
| Cat7 | 10GBASE-T | 10GMbps |
트위스트 페어 케이블(UTP,STP)은 일반적으로 랜케이블이라고 한다. 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어있다. 이 커넥터를 컴퓨터의 랜포트나 네트워크 기기에 연결하면된다.
다이렉트 케이블과 크로스 케이블이란
랜 케이블의 종류에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.
다이렉트 케이블은 구리 선 여덟개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블이다.
| 커넥터 번호 | 연결 | 커넥터 번호 |
|---|---|---|
| 1 | ---------------- | 1 |
| 2 | ---------------- | 2 |
| 3 | ---------------- | 3 |
| 4 | ---------------- | 4 |
| 5 | ---------------- | 5 |
| 6 | ---------------- | 6 |
| 7 | ---------------- | 7 |
| 8 | ---------------- | 8 |
크로스 케이블은 구리 선 여덟개 중 한쪽 커넷터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블이다.
| 커넥터 번호 | 연결 | 커넥터 번호 |
|---|---|---|
| 1 | ---------------- | 3 |
| 2 | ---------------- | 6 |
| 3 | ---------------- | 1 |
| 4 | ---------------- | 4 |
| 5 | ---------------- | 5 |
| 6 | ---------------- | 2 |
| 7 | ---------------- | 7 |
| 8 | ---------------- | 8 |
다이렉트 케이블이나 크로스 케이블 모두 실제로는 1번,2번,3번,6번 구리선만 사용하고 나머지 선 네 개는 사용하지 않는다.
다이렉트 케이블은 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용하고, 크로스 케이블은 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용한다.
데이터를 보낼 때는 두 케이블 모두 1번과 2번을 사용한다.
다이렉트 케이블의 구조를 볼 때 양쪽 컴퓨터에서 1번과 2번으로 데이터를 전송하면 데이터가 충돌한다. 이러한 이유로 크로스 케이블은 일부러 중간에 전선을 교차시켜 송신 측과 수신 측이 올바르게 연결되도록한다.
리피터와 허브의 구조
리피터란
리피터란 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계장비이다. 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 한다. 하지만 요즘은 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 리피터를 쓸필요가 없다.
허브란
허브는 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러 개 가지고 있고 리피터 허브라고도 불린다. 리피터는 일대일 통신만 가능하지만 허브는 포트를 여러개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와도 통신할 수 있다.
허브는 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다. 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경될 때가 있다. 그럴 때 허브가 파형을 정상으로 되돌리는 기능을 한다. 물론 허브는 컴퓨터 여러대를 서로 연결하는 장치이기도 하다. 이렇게 직접 컴퓨터 끼리 연결하지 않고 허브를 통해 통신할 수 있다.
하지만 허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 틍징이 있다. 컴퓨터1에서 컴퓨터 2로 데이터를 전송하면 컴퓨터2만 데이터를 받아야하지만, 실제로 허브를 사용하면 나머지 컴퓨터 들에게도 데이터가 전송된다. 하지만 나머지 컴퓨터에겐 해당 데이터가 불필요하므로 네트워크에 전송되지 않는것이 좋다.
이처럼 허브는 스스로 판단하지 않고 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브라는 이름으로 불리기도 한다.
이러한 허브의 대책으로 나온것이 스위치이다.
