[Network] OSI 모델의 물리 계층

이번 포스팅에서는 OSI모델의 1계층인 물리 계층에 대한 내용을 정리합니다.

 

간소화한 OSI모델

 

물리 계층의 역할

데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 전송된다. 0과 1로만 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 물리 계층이 필요하다. 

 

물리 계층에서 데이터 송신 측이 비트열을 전기 신호로 변환해서 전달하면 수신 측에서는 전기 신호를 다시 비트열로 복원한다.

 

비트열을 전기 신호로 변환할 수 있는 랜 카드가 컴퓨터 내부에 포함되어 있다. 비트열의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜 카드로 전송되고 랜 카드는 이를 전기 신호로 변환한다. 즉, 물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 데이터를 전기 신호로 변환한다.

 

케이블 종류와 구조

데이터가 흐르는 물리적인 선로를 일컫는 네트워크 전송 매체의 종류에는 유선과 무선이 있다. 유선에는 트위스트페어 케이블, 광케이블 등이 있고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다. 유선 매체인 네트워크 케이블 커넥터에 대해 살펴보자.

 

트위스트페어 케이블(twisted pair cable)

트위스트페어 케이블에는 UTP(Unshielded Twisted Pair)케이블과 STP(Shielded Twisted Pair)케이블이 있으며, 일반적으로 랜 케이블(LAN cable, 랜선)이라고 한다.

• UTP 케이블 : 구리선 8개를 2개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드로 보호되어 있지 않은 케이블이다. 실드는 노이즈를 막아주는데, UTP케이블은 실드가 없으므로 노이즈 영향을 받기 쉽지만 저렴하다.
• STP 케이블 : 2개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블이다. 노이즈 영향을 거의 받지 않지만 비싸다.

※ 노이즈 : 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생하며, 노이즈의 영향을 덜 받게 하기 위해 구리선 2개를 꼬아 만든다.

 

 

다이렉트 케이블과 크로스 케이블

랜 케이블에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다. 다이렉트 케이블과 크로스 케이블 모두 1, 2, 3, 6번 구리 선만을 사용한다.

 

• 다이렉트 케이블 : 구리 선 8개를 같은 번호(순서)로 커넥터에 연결한 케이블이며, 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용한다.

• 크로스 케이블 : 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블이며, 컴퓨터 간 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용한다. 양쪽 컴퓨터 모두 1, 2번 선으로 데이터를 전송하면 충돌이 발생하기 때문에 크로스 케이블은 전선을 교차시킨다.

 

리피터와 허브의 구조

물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있다.

 

• 리피터(repeater) : 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트어크 중계 장비이다.
  • 통신하는 상대방이 멀리 있을 때, 신호의 세기가 약해질 수 있으므로 파형을 정상으로 만드는 리피터를 사이에 넣는다.

• 허브(hub) : 허브는 실제로 통신하는 통로인 포트를 여러 개 가지고 있다. 리피터는 1:1 통신만 가능하지만 허브는 포트를 여러개 가지고 있어서 랜 케이블을 사용하여 컴퓨터 여러대와 통신할 수 있다. 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 가진다.
  • 컴퓨터 1에서 컴퓨터 2로 데이터를 전송하면 컴퓨터 3, 4, 5에도 데이터가 전송된다. 즉, 모든 포트에 데이터가 전송되므로 불필요한 데이터가 전송되는 비효율적인 측면이 있다. 스스로 어떤 포트에 데이터를 전송해야하는 지 판단할 수 없어서 더미허브라고도 불린다.

 

 

이러한 허브의 단점을 보완하기 위해 스위치(switch)라는 네트워크 장비가 등장한다. 스위치는 다음에 포스팅할 데이터 링크 계층에서 다룰 것이다.

 

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[reference] 

모두의 네트워크