물리 계층은 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸고 유무선 전송으로 목적지까지 아날로그 신호를 전달한다.

목적지에선 받은 아날로그 신호를 다시 디지털 신호로 바꾼다.

데이터 링크 계층은 같은 네트워크에서 목적지를 구분하는 계층이다.

MAC 주소를 이용해 연결된 컴퓨터를 구분한다.

데이터 링크 계층은 물리 계층과 아주 밀접한 관계가 있는 계층이기 때문에 정확히 분리하기 힘든 경우도 있다.

📒케이블

2대 이상의 컴퓨터가 통신하기 위해서는 서로를 연결하는 케이블이나 전파가 필요하다.

케이블은 물리적으로 데이터를 전송하는 매체이기 때문에 물리 계층에 해당한다.

✔️UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블

우리가 흔히 보는 랜선이 UTP 케이블이다.

꼬인 구리선이 4개의 쌍으로 이루어져있으며, 두 개는 송신용, 두 개는 수신용으로 나누어져 전이중 통신이 가능한 케이블이다.

✔️동축 케이블

중앙에 데이터를 전송하는 구리선을 절연체, 호일, 실드, 피복으로 감싼 케이블

자기장 간섭이 적어 UTP 케이블보다 멀리 전송이 가능하다.

데이터를 전송하는 구리선이 하나기 때문에 반이중 통신만 가능하다.

우리나라에서는 TV나 안테나에 많이 사용되어서 안테나선이라고 부르기도 한다.

동축 케이블은 설치가 어렵고 비싸다.

✔️광 케이블

유리나 플라스틱으로 만들어진 케이블로 빛을 이용하는 케이블이다.

빛을 이용하기 때문에 전기를 이용하는 것보다 더 많이, 빨리 전송할 수 있다.

전기는 데이터를 빨리 보내면 왜곡이 생기기 때문에 전송속도의 한계가 있다.

하지만 광 케이블은 전기신호를 빛 신호로, 빛 신호를 전기신호로 바꾸는 트랜시버가 필요하다는 단점이 있다.

📒랜카드(Network Interface Card)

데이터 링크 계층에 해당하는 하드웨어 장치다(물리 계층 기능도 수행한다)

보통 컴퓨터 메인보드에 내장된 내장 랜카드 있으며, 추가 슬롯에 연결해서 외장 랜카드를 사용하기도 한다.

랜카드는 프레임을 아날로그 데이터(신호)로 변경하거나 디지털 데이터(신호)로 변환한다.

케이블을 타고 아날로그 데이터가 랜카드에 전달되면 랜카드는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한다.

무선 랜카드는 전파를 통해 전송되는 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한다.

랜카드는 고유의 주소인 MAC 주소를 가지고 있다. 전 세계에서 유일한 번호다.

디지털 데이터의 데이터 링크 계층 헤더에 적힌 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 일치하는지 비교한다.

자신의 MAC 주소와 일치하면 CPU에게 알려주고 아니라면 버린다.

✔️MAC(Media Access Control) 주소

IEEE에서 MAC 주소를 관리한다.

MAC주소는 6바이트로 구성 되어있다.

IEEE는 MAC 앞 3바이트를 제조사 코드로 부여하여 제조사를 구분한다.

각 제조사들은 IEEE로부터 부여받은 제조사 코드를 사용하고 나머지 3바이트를 기기 고유값으로 사용한다.

MAC 주소는 유무선 랜카드 뿐만 아니라, 공유기(라우터), 스위치에 할당되어서 기기를 구분하는 역할을 한다.

📒리피터(Repeater)

두 컴퓨터가 케이블로 연결되어 있으면 언제든지 데이터를 전송할 수 있다.

가까운 거리에 있는 두 대의 컴퓨터를 케이블로 연결해서 데이터를 전송했는데 더 멀리 있는 컴퓨터와 연결해서 데이터를 주고 받고 싶어졌다.

하지만 거리가 멀어져 제대로 통신이 이루어지지 않는다. 거리가 멀어져 아날로그 신호(UTP 케이블로 가정, 전기 신호)의 잡음 혹은 신호가 약해져 왜곡이 생기기 때문이다.

이를 위해 리피터가 등장한다.

리피터는 거리가 더 멀어져서 신호가 완전히 망가지기 전에 중간에서 조금 왜곡된 신호를 복원하고 약해진 신호를 증폭해주는 역할을 한다.

물리적인 신호를 다시 물리적인 신호로 증폭하기 때문에 물리 계층에 해당하는 장치다.

📒허브

허브는 중심이라는 뜻을 가지고 있다.

허브는 여러 대의 컴퓨터를 연결하는 중심이 되는 장치다.

컴퓨터가 서로 통신하기 위해 직접 케이블로 연결하지 않고 중간에 허브를 두고 케이블로 연결한다.

4대의 컴퓨터가 있다고 가정하고 1번 컴퓨터가 4번 컴퓨터에게 데이터를 전송한다고 가정하자.

1번 컴퓨터는 4번 컴퓨터의 MAC 주소를 목적지 주소로 설정하고 연결된 허브로 데이터를 보낸다.

허브는 데이터를 수신한 포트를 제외한 나머지 포트로 이 데이터를 전송하여 유니캐스트 통신을 한다.

그리고 이 과정에서 허브는 1번 컴퓨터에서 전달한 신호를 증폭시켜서 신호를 전달한다. 즉, 리피터 역할도 한다. 그래서 허브를 멀티 포트 리피터라고도 한다.

MAC 주소에 상관없이 단순히 물리 신호를 브로드캐스팅 하고 데이터 링크 계층의 기술인 MAC 주소를 구분하지 않기 때문에 물리 계층에 해당하는 장치다.

2,3,4번 컴퓨터의 랜카드는 받은 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환해 프레임 헤더에 적힌 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC 주소인지 확인한다.

2,3번 컴퓨터는 목적지 MAC주소와 자신의 MAC주소가 다르므로 데이터를 버리고 4번 컴퓨터는 수신한다.

4번 컴퓨터는 이 데이터를 수신하여 역캡슐화를 진행하고 상위 계층으로 보낸다.

허브와 허브를 연결하여 더 많은 컴퓨터를 연결할 수도 있다.

5포트 허브를 두 개 이용하여 8대의 컴퓨터를 연결했다고 가정하자.

1번 컴퓨터가 4번 컴퓨터에게 데이터를 전송하면, 허브는 2,3,4번 컴퓨터와 또 연결된 다른 허브에게도 데이터를 전달한다.

이 때 2번 컴퓨터가 3번 컴퓨터에게 데이터를 전송하려고 하면 충돌이 발생하기 때문에 데이터를 전송할 수 없다.

따라서 2번 컴퓨터는 허브로부터 자신에게 오는 데이터가 없을 때까지 기다렸다가 데이터를 전송하게 된다. 즉 한 순간에 하나의 컴퓨터만 데이터를 전송할 수 있게 됩니다.

이렇게 충돌을 예방하는 것을 CSMA/CD 프로토콜이라고 한다. 이 CSMA/CD로 인해 반이중 통신이 되어버린다.

허브는 이렇게 구조상의 이유로 충돌이 발생할 수 밖에 없으며, 충돌이 발생할 수 있는 영역을 콜리전 도메인이라고 한다.

따라서 허브를 계속 추가해서 컴퓨터를 연결하다 보면 콜리전 도메인에 많은 컴퓨터가 연결되는 것이고, 한 순간에 하나의 컴퓨터만 데이터를 전송할 수 있기 때문에 통신 속도가 매우 느려지게 된다.