[Network] 03. 물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환하기

물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

전기 신호란?

 0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 OSI 7계층의 가장 아래 계층인 물리 계층의 기술이 필요하다. 컴퓨터는 0과 1만 이해할 수 있으며 네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때는 0과 1의 비트열을 전기 신호로 변환해야 한다.

 

 전기 신호의 종류에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.

• 아날로그 신호 : 연속되는 값을 표시하는 신호로, 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호
• 디지털 신호 : 전기적인 두 가지 상태(0과 1)로만 표시하는 신호

 데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 수신 측 컴퓨터에 도착한다. 수신 측 컴퓨터에서는 전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원한다.

 

- 전기 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.
- 네트워크를 통해 상대방에게 데이터를 전송할 때 0과 1의 비트열은 전기 신호로 변환되어 전송된다. 상대방이 받은 전기 신호는 다시 0과 1의 비트열로 복원된다.

 

케이블의 종류와 구조

트위스트 페어 케이블(twisted pair cable)

 전송 매체는 크게 유선과 무선으로 나뉘어진다. 유선에는 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등이 있고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.

※ 전송 매체 : 데이터가 흐르는 물리적인 선로

 

 트위스트 페어 케이블의 종류에는 UTP 케이블과 STP 케이블이 있다.

 

[UTP 케이블]

• Unshielded Twist Pair의 약자로 '비차폐 연선'이라고도 한다.
• 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드(shield)로 보호되어 있지 않은 케이블
• 실드 : 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈(noise)를 막는 역할을 한다.
• UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블이다.

[STP 케이블]

• Shielded Twist Pair, '차폐 연선'
• 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블
• UTP 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지는 않는다.

 트위스트 페어 케이블(UTP, STP)은 일반적으로 랜 케이블(LAN cable, 랜 선)이라고 한다. 

 

다이렉트 케이블과 크로스 케이블

[다이렉트 케이블]

 구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블

 

[크로스 케이블]

 구리 선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블

 

 다이렉트 케이블이나 크로스 케이블 모두 실제로는 1번, 2번, 3번, 6번 구리 선을 사용하고 있다.

 

- 트위스트 페어 케이블에는 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블과 STP(Shielded Twisted Pair) 케이블이 있다.
- UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아 노이즈의 영향을 쉽게 받는다.
- STP 케이블은 실드로 보호되어 있어 노이즈의 영향을 매우 적게 받는다.
- 랜 케이블에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.

 

리피터와 허브의 구조

리피터(repeater)

 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비이다. 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 한다. 

 

허브(Hub)

 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. 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경될 때가 있다. 그럴 때 허브가 파형을 정상으로 되돌리는 기능을 한다.

 

 허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있다. 다른 컴퓨터에는 불필요한 데이터가 전송될 수 있다. 이처럼 허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브(dummy hub)라는 이름으로 불리기도 한다. 이러한 대책으로 나온 게 스위치(switch)라고 하는 네트워크 장비이다.

 

- 리피터는 네트워크를 중계하기 위한 장비다.
- 허브는 리피터 허브라고도 부른다.
- 허브는 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다.
- 리피터와 허브는 받은 데이터를 보내는 대상뿐만 아니라 모든 포트에 전송한다.
- 허브는 스스로 판단할 수 없기 때문에 '더비 허브'라고도 부른다.

 

참고

- https://fillin.tistory.com/95

- https://velog.io/@_ddaezi/CS50-%EC%BD%94%EC%B9%AD%EC%8A%A4%ED%84%B0%EB%94%94-1%EC%A3%BC%EC%B0%A8

- 「모두의 네트워크」