[모두의 네트워크]3장 물리 계층

물리 계층의 역할

• OSI 모델의 최하위 계층
• 데이터 전송을 위한 시스템 간의 물리적 연결 담당
  • 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결
• 전기 신호의 변환 및 제어 담당
  • 전송 매체를 통해 데이터를 전기 신호로 바꾸어 전송
    • 컴퓨터와 네트워크 장비 간 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층
  • 전기 신호: 전압이 일정 패턴으로 변하며 생기는 일련의 흐름
• 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부의 랜 카드로 전송되면 랜 카드가 이를 전기 신호로 변환
  • 랜 카드: 컴퓨터의 네트워크 연결 및 데이터 전송 담당
    • 네트워크 카드, 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)라고도 함

케이블의 종류와 구조

트위스트 페어 케이블

일반적으로 랜 선(LAN cable)이라 하며 두 가지 종류가 있다.

• UTP 케이블(Unshielded Twist Pair, 비차폐 연선)
  • 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선
  • 실드가 없어 노이즈의 영향을 받기 쉽지만, 값이 저렴해 일반적으로 많이 사용
    • 실드: 외부의 노이즈를 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 막는 것
  • Cat3, Cat5, Cat6, Cat7 등으로 분류
• STP 케이블(Shielded Twist Pair, 차폐 연선)
  • 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호
  • 노이즈 영향을 적게 받지만, 값이 비쌈

랜 선의 양쪽 끝에는 RJ-45 커넥터가 있다. 이를 랜 포트와 같은 곳에 연결한다.

다이렉트 케이블과 크로스 케이블

• 다이렉트 케이블
  • 구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블
  • 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용
• 크로스 케이블
  • 구리 선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결된 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블
  • 컴퓨터 간 직접 랜선으로 연결할 때 사용
  • 만약 양쪽에서 모두 1번과 2번을 이용해 데이터를 전송하는 경우 데이터가 충돌하기 때문에 크로스 케이블을 사용해 이를 방지한다.

두 케이블 모두 1번, 2번, 3번, 6번 구리 선만 사용하고 나머지 네 개의 선은 사용하지 않는다.

리피터와 허브의 구조

리피터(repeater)와 허브는 물리 계층에서 동작하는 네트워크 장비이다.

리피터

• 전기 신호를 전송할 때 거리가 멀어져 감쇠된 전송 신호를 다시 재생해 전달하는 신호 중계 장치
• 전기 신호를 정형하고 증폭하는 네트워크 중계 장비
  • 정형: 일그러진 전기 신호를 복원
• 멀리 있는 상대와 통신할 수 있도록 함
  • 일대일 통신만 가능
• 현대에는 다른 장비에서 기본적으로 같은 기능을 지원하기 때문에 사용하지 않음

허브

• 랜을 구성할 때, 케이블을 이용해 가까운 거리에 있는 장비를 연결하는 장치
  • 랜선을 사용해 컴퓨터와 허브를 연결
• 포트를 여러 개 가지고 있음
  • 여러 개의 컴퓨터와 통신 가능
  • 리피터 허브라고도 함
• 리피터처럼 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능 담당
  • 전기 신호가 컴퓨터에서 출발해 허브에 도착했을 때 노이즈로 인해 파형이 변경되는 경우가 있기 때문에 정형 작업이 필요
• 특정 포트가 허브로 데이터를 보내면, 허브는 나머지 모든 포트로 전달받은 데이터를 전송
  • 컴퓨터가 포트 A에 연결된 컴퓨터에 데이터를 보내려 해도 허브에 연결된 다른 모든 컴퓨터에도 같이 데이터가 전송된다.
  • 이러한 특징 때문에 더미 허브라고도 불린다.
  • 이에 대한 대책으로 스위치가 등장한다.

auto MDIX

• auto Medium-Dependent Interface crossover
• 다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능
• 일반적으로 MDI와 MDI-X를 연결할 때는 다이렉트 케이블을, 같은 종류끼리 연결할 때는 크로스 케이블을 사용
  • MDI: 컴퓨터나 라우터의 인터페이스
  • MDI-X: 스위치나 허브의 인터페이스
• 최근에는 케이블 배선 실수를 막기 위해 MDI와 MDI-X 차이를 자동으로 판단해 신호를 전환하는 기능을 내장한 스위치와 허브를 사용