[모두의 네트워크] 3장. 물리 계층: 데이터를 전기 신호로 변환하기

본 포스팅은 GDSC PKNU 네트워크 스터디에서 진행하는 내용입니다.

9. 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

1. 전기 신호란?

• 0과 1로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면? ⇒ 물리 계층의 기술이 필요함!

  

• 네트워크를 통해 데이터를 주고받을 떄는 0과 1의 비트열을 전기 신호로 변환해야 한다.

• 전기신호의 종류

  

  • 아날로그 신호
    • 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호
  • 디지털 신호

• 데이터가 어떻게 전기 신호로 변환되는가?

  

2. 랜 카드란?

• 0과 1을 어떻게 전기 신호로 변환하나요 ?!
  • 컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜 카드가 메인 보드에 포함되어 있는 내장형 랜 카드나 별도의 랜 카드를 가지고 있음.
  • 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜 카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을 전기 신호로 변환하는 것!
• 랜 카드가 있기 때문에 네트워크에서 데이터를 주고받을 수 있는 것 !
• 물리 계층
  • 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 컴퓨터와 네트워크 장비 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층

10. 케이블의 종류와 구조

유선 전송 매체로 사용되는 네트워크 케이블 커넥터에 대해 알아보자!

1. 트위스트 페어 케이블이란?

• 전송 매체: 데이터가 흐르는 물리적인 선로

  • 유선
    • 트위스트 페어 케이블, 광케이블
  • 무선
    • 라디오파, 마이크로파, 적외선 등

• 트위스트 페어 케이블

  • UTP 케이블 (Unshielded Twist Pair, 비차폐 연선)
    • 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드로 보호되어 있지 않은 케이블
    • 실드: 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것 ⇒ 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할
    • 실드로 보호되어 있지 않아서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블
  • STP 케이블
    • 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블
    • UTP 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지는 않음.
  • 노이즈는 언제 발생하고 어떤 영향을 주는가?
    • 노이즈는 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생하는 것 ⇒ 따라서 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리 선 두 개를 비틀어 꼬아서 케이블을 만드는 것
  • 노이즈의 영향에 따른 전기신호의 흐름
  • UTP 케이블은 데이터 전송 품질에 따라 분류 가능함.
  • 트위스트 페어 케이블(UTP, STP)은 일반적으로 랜 케이블이라고 함.
  • 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어 있음. 해당 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 네트워크 기기에 연결함.

2. 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이란?

• 랜 케이블의 종류에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있음.

• 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 케이블, 크로스 케이블 모두 실제로는 1번, 2번, 3번, 6번 구리선을 사용하고 있음.
  • Q) 그럼 나머지 3개선은 사용 안 하는가?
    • 사용하지 않는다 !!!
    • 다이렉트 케이블은컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용하고, 크로스 케이블은 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용함.
    • 컴퓨터 간에 직접 데이터를 보낼 때 ⇒ 양쪽 컴퓨터 모두 1번과 2번 선을 사용함
  • 다이렉트 케이블 구조일 때, 양쪽 컴퓨터에서 1번과 2번으로 데이터를 전송하면 데이터 충돌 현상, 크로스 케이블 구조일 때는 일부러 중간에 전선을 교차시켜서 송신 측과 수신 측이 올바르게 연결되도록 함.

11. 리피터와 허브의 구조

물리 계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브 가 있음

1. 리피터

• 리피터: 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비
• 통신하는 상대방이 멀리 있을 때 리피터를 사이에 넣는 것 !
• 멀리있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 함.
• 최근에는 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 리피터를 쓸 필요가 없어졌다..

2. 허브란?

• 허브 : 포트(실제로 통신하는 통로)를 여러 개 가지고 있고 리피터 허브라고도 부름. 리피터는 일대일 통신만 가능하지만 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와도 통신할 수 있음.

• 위의 그림과 같이 랜 케이블을 사용하여 컴퓨터와 허브를 연결할 수 있음!

• 허브는 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 함.

  • 컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경될 때가 있는데, 이 때 허브가 파형을 정상으로 되돌리는 기능을 함.

• 컴퓨터를 여러 대를 연결하는 허브

  

  • 허브는 컴퓨터 여러 대가 데이터를 주고받을 때 유용한 장비

  • 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있음.

    

    • 허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브라는 이름으로 불리기도 함.

  • 허브의 단점의 대책으로 나온 것이 스위치라고 하는 네트워크 장비!

복습하기

1. 전기 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.
2. UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아 노이즈의 영향을 쉽게 받는다.
3. STP 케이블은 실드로 보호되어 있어 노이즈의 영향을 매우 적게 받는다.
4. 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45 커넥터가 붙어 있다.
5. 랜 케이블에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.
6. 랜 케이블은 구리 선 여덟 개로 구성되지만, 실제로 사용하는 것은 4개이다.
7. 컴퓨터끼리 연결한다면 크로스케이블을 사용한다.
8. 리피터는 네트워크를 연장하기 위한 장비이다.
9. 허브는 수신한 데이터를 모든 포트로 전송한다.
10. 허브는 일반적으로 더미 허브라고 부른다.