1. 물리 계층

컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 컴퓨터에서 네트워크 장비로 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 역할을 한다.

데이터를 전송하는 측에서 디지털 데이터를 전기 신호로 변환하고, 데이터를 받는 측에서 다시 전기 신호를 디지털 데이터로 복원하는 과정을 거쳐 통신이 이루어진다. 이 때 필요한 것이 바로 랜카드(네트워크 카드)다.

1-1. 랜 카드

0과 1의 비트열 데이터를 전기 신호로 변환한다.

컴퓨터는 네트워크로 데이터를 주고 받을 수 있도록 메인 보드에 내장형 랜카드를 가지고 있다. 내장형이 아니라면 별도의 랜카드를 가지고 있다.

2. 네트워크 전송 매체

네트워크 전송 매체란 데이터가 흐르는 물리적인 선로로, 유선과 무선으로 나누어진다.

유선에는 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등이 있고 무선에는 라디오파 마이크로파 적외선 등이 있다.

2-1. 트위스트 페어 케이블 (twisted pair cable)

트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블, 랜선이라고 한다.
트위스트 페어 케이블의 종류에는 실드 유무에 따라 구분되는 UTP 케이블과 STP 케이블이 있다.

[실드(shield)]
금속 호일이나 금속 매듭과 같은 것으로, 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할을 한다.

노이즈의 영향을 받으면 다음과 같이 전기 신호가 왜곡된다. 따라서 노이즈의 영향을 적게 받기 위해 구리선을 꼬아 케이블을 만든다.

UTP 케이블 (Unshielded Twist Pair)

UTP 케이블은 구리선 8개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드로 보호되지 않은 케이블이다.

실드로 보호되어 있지 않아 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 가격이 저렴해 일반적으로 많이 사용된다.

STP 케이블 (Shielded Twist Pair)

STP 케이블은 두 개씩 꼬은 선을 실드로 보호한 케이블이다.

노이즈의 영향을 적게 받지만 가격이 비싸 일반적으로 많이 사용하지 않는다.

2-2. RJ-45 커넥터

랜선 양 쪽에는 RJ-45 커넥터가 달려있다. 커넥터를 컴퓨터의 랜포트나 네트워크 기기에 연결해 네트워크에 연결한다.

커넥터에 구리선을 어떻게 연결했는가에 따라 다이렉트 케이블과 크로스 케이블로 나뉜다.

다이렉트 케이블

구리선 여덟 개를같은 순서로 커넥트에 연결한 케이블

크로스 케이블

1번과 2번 커넥터를 반대편 3번과 6번에 연결한 케이블

두 케이블 모두 나머지 4개의 구리선은 사용하지 않는다.
다이렉트 케이블은 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용하고, 크로스 케이블은 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용한다.

두 개의 컴퓨터가 직접 데이터를 보낼 때는 1번과 2번 선을 사용한다.
송수신이 동신에 일어나면 다이렉트 케이블에서는 데이터 충돌이 발생할 수밖에 없다.
따라서 중간에 전선을 교차해놓은 크로스 케이블을 통해 송신 측과 수신 측이 충돌 없이 통신할 수 있도록 한다.

2. 네트워크 장비

물리 계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있다.

2-1. 리피터 (Repeater)

일그러진 전기 신호를 복원하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비

통신하는 상대방과의 물리적 거리가 멀 때 리피터를 사이에 넣어 데이터의 안정성을 보장하고자 한다.

그러나 요즘은 다른 네트워크 장비가 리피터의 기능을 포함하기 때문에 보편적으로 사용되지는 않는다.

2-2. 허브 (Hub)

포트(통신 통로)를 여러개 가지고 있어 여러대의 컴퓨터와 통신할 수 있으며 리피터 허브라고도 한다.

리피터는 일대일 통신만 가능하지만 허브는 포트가 여러개라 컴퓨터 여러대와 통신이 가능하다.
허브는 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다. 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 노이즈의 영향으로 변형된 것을 허브가 정상으로 되돌린다.

그러나 허브는 특정 포트로부터 데이터를 받았을 때 연결된 모든 포트로 해당 데이터를 전송하는 특징이 있다. 이 때문에 dummy hub이라고도 한다.

딱봐도 불필요한 데이터의 전송이 이루어져 비효율적인 것을 알 수 있는데, 그 대책으로 나온 것이 데이터 링크 계층의 네트워크 장비인 스위치다.