네트워크 : 물리계층 : 데이터를 전기신호로 변환

1. 물리계층의 역할과 랜카드의 구조

a. 물리 계층

a-1. 물리계층이란?

• OSI 모델의 최하위 계층
• 데이터 전송 위해 시스템 간의 물리적인 연결하고 전기 신호의 변환 및 제어하는 역할
• 전송매체를 통해 데이터를 통신할 수 있는 전기적인 신호로 바꾸어 전송

a-2. 물리계층의 역할

1. 컴퓨터와 네트워크 장비 연결
2. 네트워크 장비 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층

b. 전기신호란?

b-1. 전기신호란?

• 전압이 일정 패턴으로 변화여 생기는 일련의 흐름으로 전압의 변화가 모여서 만들어진 신호
• 전기신호들을 주고받아 네트워크에서 사진이나 문서 등을 주고 받을 수 있음

b-2. 전기신호를 변환해야하는 이유와 물리계층과의 관계

• 0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기신호로 변환하려면 물리계층의 기술이 필요함
• 네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때는 0과 1의 비트열을 전기신호로 변환해야함

b-3. 전기신호의 종류

아날로그 신호

• 물결모양 전기신호
• 전화회선, 라디오 방송에 사용

디지털 신호

• 막대 모양 전기신호
• 아날로그 신호를 전류의 유무, 극성, 위상의 동일이나 반대 등 물리적 현상을 이용해 컴퓨터가 인식하는 0또는 1의 2진수에 대응시켜 나타내는 신호

b-4. 전기신호 송수신

• 데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 전기신호로 변환되어 네트워크를 통해 수신 측 컴퓨터에 도착
• 수신측 컴퓨터에서는 전기신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원

c. 랜 카드란?

• 컴퓨터의 네트워크 연결 및 데이터 전송을 담당
• 네트워크 카드 또는 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)라고도 불림
• 컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신 할 수 있도록 랜카드가 메인보드에 포함되어있는 내장형 랜카드나 별도의 랜카드 가짐
• 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을 전기신호로 변환

 

2. 케이블의 종류와 구조

a. 네트워크 전송매체

• 전송매체 : 데이터가 흐르는 물리적인 선로
• 전송매체의 종류 : 유선, 무선
  • 유선 : 트위스트 페어 케이블, 광케이블, 네트워크 케이블 커넥터 등
  • 무선 : 라디오파, 마이크로파, 적외선 등

b. 케이블

• 전선
• 전달하는 신호나 사용되는 장소에 따라 여러 종류의 케이블이 있음
• 네트워크를 연결하는 케이블을 랜케이블, 랜선이라고 함

c. 트위스트 페어 케이블이란?

• 실드 : 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈 막는 역할
• 노이즈 : 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생
• 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리 선 두개를 비틀어 꼬아 케이블 만듦

c-1. 트위트스 페어 케이블의 종류

UTP (Unshielded Twist Pair) 케이블

• 비차폐 연선 => 실드로 보호 ✕
• 구리선 여덟개를 두개씩 꼬아 만든 네쌍의 전선
• 노이즈의 영향 받기 쉽지만 저렴해서 많이 사용

 

STP (Shielded Twist Pair) 케이블

• 차폐 연선 => 두개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블
• 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸서 잘 사용 ✕ 

c-2.  트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블이라고 함

• 랜케이블은 통신 규격에 따라 몇가지 분류로 나뉨
• Cat5(카테고리 5)와 Cat5e(카테고리 5e)는 지원 속도가 달라서 목적에 맞게 사용해야함

c-3. RJ-45

• 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 있음
• 이 커넥터를 컴퓨터의 랜포트나 네트워크 기기에 연결

 

d. 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이란?

d-1. 랜케이블의 종류

다이렉트 케이블

• 다이렉트 케이블 : 구리선 여덟개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블
• 1, 2, 3, 6 만 사용
• 컴퓨터와 스위치 연결할 때 사용

크로스 케이블

• 구리선 여덟개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리선을 다른쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결
• 컴퓨터 간에 직접 랜케이블로 연결할 때 사용
• 컴퓨터 간에 직접 데이터를 보낼때는 양쪽 컴퓨터 모두 1번, 2번 선 사용
• 데이터 충돌을 막기 위해 중간에 전선을 교차시켜 송신 측과 수신 측이 올바르게 연결되도록함 

 

3. 리피터와 허브의 구조

• 물리계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있음

a. 리피터란?

• 리피터 : 전기신호를 정형(일그러진 전기 신호 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계장비
• 통신하는 상대방이 멀리 있을 때 리피터를 사이에 추가
• 멀리있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능
• 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원해서 요새는 쓸 필요 없음
• 일대일 통신만 가능

 

b. 허브란?

 

b-1. 허브의 기능

• 허브는 전기신호를 정형하고 증폭하는 기능
• 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경되면 허브가 파형을 정상으로 되돌리는 기능

b-2. 허브의 구조

• 허브는 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러개 가지고 있음
• 리피터 허브라고도 불림
• 포트가 여러개라 컴퓨터 여러대와 통신 가능
• 랜케이블 사용해 컴퓨터와 허브 연결 가능
• 직접 컴퓨터끼리 연결하지 않아도 통신 가능

b-3. 더미 허브

• 허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 외에 모든 포트로 받은 데이터를 전송
• 더미 허브 : 허브는 스스로 판단하지 않고 전기 신로를 모든 포트로 보냄
• => 대책으로 나온게 스위치

c. auto MDIX (auto Medium-Dependent Interface crossover)

c-1.  auto MDIX

• 다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능
• MDI (media Dependent Interface) : 컴퓨터나 라우터의 인터페이스
• MDI-X (media Dependent Interface crossover) : 스위치나 허브의 인터페이스

c-2.  언제 사용하나?

• MDI와 MDI-X 연결 시 다이렉트 케이블 사용
• MDI끼리, MDI-X 끼리 연결 시 크로스 케이블 사용

c-3.  최근에는..

• 최근에는 케이블 배선 실수로 인한 통신 문제를 해결하기 위해 MDI와 MDI-X 차이를 자동으로 판단하여 연결 신호를 전환하는 기능을 가진 스위치나 허브 많이 사용
• 컴퓨터와 허브를 연결하거나 허브 간을 연결한다면 케이블의 차이를 고려하지 않아도 됨