[네트워크] 물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환

물리 계층  /  전기 신호  /  디지털 신호  /  랜 카드  /  케이블  /  리피터   /  허브  /  노이즈

1. 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 컴퓨터와 네트워크 장비 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층

1-1. 전기 신호

물리계층은 0과 1로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하는 역할

전기 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있음
▶아날로그 신호는 물결 모양이며 전화 회선이나 라디오 방송에서 사용
▶디지털 신호는 막대 모양 

전기신호를 받은 수신측은 다시 데이터를 0 과 1로 복원함

1-2. 랜카드

컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜 카드가 메인 보드에 포함되어 있는 내장형 랜카드 나 별도의 랜 카드를 가지고 있음 

0 과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜카드로 전송되고 랜카드는 0 과 1을 전기 신호로 변환 

 

2. 케이블의 종류와 구조 

네트워크 전송 매체의 종류에는 유선과 무선이 있음
▶전송 매체: 데이터가 흐르는 물리적인 선로
    - 유선: 트위스트 페어 케이블
    - 무선 : 라이도파, 마이크로파, 적외선

2-1. 트위스트 페어 케이블 ( = 랜 케이블)

가장 많이 사용되는 전송 매체 

종류 : .UTP 케이블, STP케이블

UTP 케이블(Unshielded Twist Pair)

그리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 shield로 보호되어 있는지 않은 케이블.
*shield는 금속호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할

노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴해서 일반적으로 많이 사용하는 케이블

STP 케이블(Shielded Twist Pair)

두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블

노이즈의 영향을 적게 받지만 비싸서 보편적으로 사용하지 않음

✋ 노이즈는 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생하는 것. 그러므로 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리 선 두 개를 비틀어 꼬아서 케이블을 만듦

랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어 있음. 

RJ-45 *출처 구글 검색

 

2-2. 다이렉트 케이블 & 크로스 케이블

랜 케이블 종류 

다이렉트 케이블

다이렉트 케이블은 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용

크로스 케이블

크로스 케이블은 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용

두 케이블 모두 실제로는 1,2,3,6번 구리 선을 사용 . 나머지 선 네 개는 사용하지 않음
데이터를 보낼 때는 두 케이블 모두 1번과 2번을 사용

다이렉트 케이블의 경우 양쪽 컴퓨터에서 1번과 2번으로 데이터를 전송하면 데이터가 충돌함.
따라서 크로스 케이블은 일부러 중간에 전선을 교차시켜서 송신 측과 수신 측이 올바르게 연결되도록 함. 

 

3. 리피터와 허브의 구조 

3-1. 리피터 (Repeater)

전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비 
▶ 약해진 신호의 세기를 증폭시키는 역할

멀리 있는 상대방과 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만들어 줌.
하지만!!! 현재는 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 리피터를 쓸 필요 없음

3-2. 허브(Hub)

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

허브 사진 *출처 구글 검색

리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 함 
컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경될 때가 있는데 , 그럴 때 허브가 파형을 정상으로 복원해줌

더미 허브(dummy hub) : 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송함. 스스로 판단하지 않고 전기 신호를 모든 포트로 보내는 특징

더미 허브

👉 더미 허브의 대책으로 나온 것이 스위치(switch) 라는 네트워크 장비

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auto MDIX

auto Medium-Dependent Interface crossover 

다이렉트 케이블과 크로스 케이블을 자동으로 판단하는 기능

컴퓨터나 라우터의 인터페이스는 MDI라고 하고, 스위치나 허브의 인터페이스는 MDI-X라고 함

일반적으로 MDI와 MDI-X를 연결할 때는 다이렉트 케이블을 사용하고, MDI끼리나 MDI-X끼리 서로 연결할 때는 크로스케이블을 사용함

하지만, 최근에는 케이블 배선 실수로 인한 통신 문제를 해결하기 위해 MDI와 MDI-X차이를 자동으로 판단하여 연결 신호를 전환하는 기능을 가진 스위치나 허브를 많이 사용함. 

따라서, 컴퓨터와 허브를 연결하거나 허브 간을 연결한다면 케이블의 차이를 고려하지 않아도 됨!!!