물리 계층 - 물리 계층은 무엇을 할까? (OSI 네트워크 7계층)

우리가 메일을 누군가에게 보낸다고 생각해보면 특정 사이트에서 메일을 작성하여 상대방에 주소를 적고 전송 버튼만 누르면 보내는 게 전부입니다. 하지만 작성한 메일을 가진 컴퓨터와 상대방의 컴퓨터는 물리적으로 멀리 떨어져 있는데 어떻게 전달이 되는 걸까요? 

어릴 때 종이컵에 실을 이어서 상대방과 이야기를 주고받던 때가 생각이 나네요ㅎㅎㅎ... 

우리가 보내려는 데이터는 0과 1로된 자료입니다. 즉 디지털 정보라는 것이죠. 그렇다면 어떻게 0과 1로만 상대방에게 보낼 수 있는 것일까요?

제가 전자과는 아닌지라 아주 깊게는 모르지만..

아주 짧게 설명하자면 0과 1(비트열)을 문에 있는 스위치처럼 껐다 꼈다를 아주 빠른 속도로 전환하며 아날로그 데이터를 디지털화시켜서 전송할 수 있는 것입니다.

 

본론으로 들어가자면 네트워크 계층에서 이런 데이터를 0과 1로 된 전기 신호로 변환해야 합니다. 이를 하는 곳이 바로 물리 계층입니다.

 

물리 계층

데이터를 전기신호로 변환하기 위해서 필요한 계층. 송신 측 컴퓨터에서 0과 1로 된 비트열을 전기신호로 변환하여 수신 컴퓨터에서 다시 0과 1로 된 비트열로 복구하는 계층이다.

PHY 계층이라고도 불린다.

 

[ 장비와 구성 ]

 

리피터 : 전기신호를 복원하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 장비

상대방과 통신하기 위해서 전기 파형을 정상화시키는 기능을 한다. 케이블에서 보통 신호의 손실이 많이 발생하기 때문, 요즘에는 많이 쓰는 편은 아니다.

세그먼트 사이의 접속의 사용, 전송거리 연장 , 배선의 자유도를 높이기 위해서 사용한다. 

(세그먼트 : 브리지, 라우터, 허브 또는 스위치 등에 의해 묶여있는 네트워크의 한 부분)

리피터(라이트컴)

케이블(유선) : 데이터가 물리적으로 흐르는 선

트위스트 페어 케이블, 광케이블이 있으며

트위스트 페어 케이블에는 UTP와 STP 케이블이 있다.

● UTP : 구리 선 여덟 개를 꼬아 만든 네 쌍의 전선이다. (Unshield) 케이블. 노이즈가 크다. 저렴하다.

● STP : 구리 선 여덟 개를 꼬아 만든 네쌍의 전선이다. (Shield) 케이블. 노이즈가 적다. 비싸다.

RJ-45 커넥터(연결할 때 딸깍 소리 나는 투명색 커넥터)를 이용하여 랜 포트나 네트워크 장비에 장착하여 네트워크 연결을 한다.

 

광케이블은 광섬유로 만든 케이블이다. 레이저를 이용하기 때문에 트위스트 페어 케이블(랜 케이블)과는 다르게 굉장히 빠르며 장거리 연결이 쉽게 가능하다.

유지보수는 랜 케이블에 비해서 어려운 편이다. 구부리는 것에 약하며, 일정 구부러짐 이상에서 신호 손실이 발생할 수 있다. 

 

허브 : 포트를 가지고 랜 케이블을 연결하여 여러 개의 컴퓨터를 연결할 수 있는 장비

리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형화하고 증폭하는 기능을 한다.

(5개의 포트에 5개의 컴퓨터를 연결하면 서로 데이터를 교환할 수 있다. 5개의 포트를 가진 허브 2개를 가지고 8개의 컴퓨터를 연결할 수 있다.)

예를 들어) 5개의 포트에 5개의 컴퓨터가 각각 연결되어 있다고 가정했을 때 1번 포트의 컴퓨터에서 2번 포트의 컴퓨터에 정보를 보낼 때 3~5번 컴퓨터에도 데이터가 전송된다. 여러 개의 컴퓨터에 한 번에 데이터를 보낼 때는 장점이 있지만 단점이 크다.

이런 단점 때문에 요즘은 허브를 쓰지 않고 스위치 사용하고 있다.

(스위치는 다음 계층에서 자세히 설명하겠습니다.)

 

랜 카드 : 0과 1의 정보를 컴퓨터에 랜 카드에 전송하여 랜 카드가 0과 1의 전기신호로 변환

네트워크 인터페이스 컨트롤러라고 한다.  이를 통해서 네트워크에 컴퓨터를 연결하여 통신할 수 있는 것이다. 랜 카드의 MAC 주소를 이용하여 상대방과 나의 주소 정보를 컴퓨터가 알 수 있다. 

(MAC 주소는 추후에 타 계층 프로토콜 설명에 자세히 설명하겠습니다.)

메인보드에 포함되어있는 내장형 랜카드나 별도의 랜카드를 가지고 있다.

내장형 랜카드(PCI 기가비트 유선 슬림 랜카드)