물리 계층 :데이터를 전기 신호로 변환하기

이전에 0과 1로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 물리 계층의 기술이 필요하다. 

OSI 모델의 1계층인 물리 계층에 대해 알아보자

 

전기신호? 아날로그 디지털

비트열(011019)을 전기신호로 바꾸기 전에,

전기 신호의 종류에 대해 가볍게 알아보자면 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다. 

물결 모양의 전기신호를 아날로그 신호라 하며 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호다.

막대 모양으로 그려진 모양이 디지털 신호다. 우리는 아래 디지털 신호를 통해 데이터를 전달한다. 

 

그럼 다음으로 어떻게 데이터가 전기 신호로 변환되는지 살펴보겠다. 

송신 측에서 원하는 데이터 0과 1의 집합을 전기신호로 변환하여 전송하면,

수신 측에서 해당 전기신호를 0과 1의 집합으로 복원한다.

해당 전기신호를 데이터로 만들기위해 랜 카드가 메인 보드에 포함되어있는 내장형 랜카드나 별도의 랜카드를 갖고있다. 

 

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네트워크 전송 매체의 종류에는 유선과 무선이 있다. 이번에는 유선 전송 매체로 사용되는 네트워크 케이블 커넥터에 대 해 알아보자. 

 

트위스트 페어 케이블? 

트위스트 페어 케이블이란 데이ㅓ가 흐르는 물리적인 선로로 유선매체이다.

해당 케이블은 UTP(unshiled twist pair)케이블과 STP(shielded twist pair)케이블이 있다.

UTP 케이블의 경우 구리선 여덟개를 두개씩 꼬아 만든 네쌍의 전선으로 실드로 보호 받지 않는 케이블이며 (실드는 금속호일, 금속 매듭이다) TCP 케이블은 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블이다.

그렇다면 무엇을쓸까? 

좋은 STP를 쓸거라 생각할 수도 있지만  우리는 대부분 UTP를 쓴다. (TCP는 너무 비싸서 보편적으로 쓰지 않는단다..)

UTP 케이블은 전송 품질에 따라 다음 표와 같이 분류할 수 있다.

분류	규격	속도
Cat3	10BASE-T	10Mbps
Cat5	...	...
Cat5e	...	...
Cat6	...	...
Cat6a	...	...
Cat7	10GBASeE-T	10FNbps

트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블이라고하며 규격과 속도 종류에 따라 다르며

컴퓨터의 랜포트나 나중에 설명할 네트워크 기기에연결한다.

(인터넷 연결하려고 컴퓨터 본체에 넣는 케이블 그거 맞다 ㅎ) 

 

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랜 케이블? 다이렉트 케이블, 크로스 케이블 

다이렉트 케이블은 아래 그림과 같이 구리선 여덟개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블이며 

크로스 케이블은 위에 그림과 같이 여덟개 중 한 쪽 커넥터에 연결되는 구리선을 다른 쪽 커넥터에 연결한 케이블이다. 

 

다이렉트 케이블은 컴퓨터와 스위치를 연결할 떄 사용하며 

크로스 케이블은 컴퓨터간에 직접 랜 케이블로 연결할 떄 사용한다. 

 

예시로 만약 다이렉트 케이블 상태에서 같은 1번과 2번에 데이터를 전송하게 되면 데이터가 충돌한다. 

그렇기에 크로스 케이블은 일부러 중간에 전선을 교차시켜 송신 측과 수신측이 올바르게 연결되도록 하고 있다. 

 

 

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물리 계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있다. 이게 무엇인지 알아보자 

리피터와 허브의 구조

리피터란?

전기 신호를 정형(일그러진 전기신호를 복원)하고 증폭시키는 기능을 가진 네트워크 중계 장비다. 

통신하는 상대방이 멀리 있을 수록 파형이 흐트러 지기에 리피터를 썼다.

그러나 요즘에는 리피터를 지원하는 네트워크 장비가 있기에 사라졌다(역할은 계속 하고 있다)

 

허브란? 

포트를 여러 개 가지고 있고 리피터 허브라고도 부른다. 리피터는 일대일 통신만 가능 헀지만 허브는 포트를 여러개 갖고 있어서 컴퓨터 여러대와 통신할 수 있다. 

허브는 리피터 허브라고 불리는 만큼 리피터의 역할(정형,증폭)도 하며 직접 컴퓨터끼리 연결하지 않고 허브를 통해 여러 컴퓨터를 연결할 수 있다.

그러나!! 어느 특정 포트로 부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있다. 컴퓨터 1~5가 있다고 볼 떄 1에서는 2에 보내고 싶었지만 2345에 다 전달되는 불상사가 생긴다. 

그렇기에 허브는 스스로 판단하지 않고 전기 신호를 모든 포트로 보내기에 더미 허브라는 이름도 갖고 있다.

 

 이 비효율을 효율적으로 극복할 수 있는게 바로 스위치라는 네트워크 장비다. 다음 장에서 다뤄보겠다. 

 

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요약)

전기 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.

아날로그 신호는 전화 회선이나 라디오 방송에 사용되는 신호다.

네트워크를 통해 상대방에게 데이터를 전송할 때 0과 1의 비트열은 전기 신호로 변환되어 전송된다. 상대방이 받은 전기 신호는 다시 0과 1의 비트열로 복원된다. 

트위스트 페어 케이블에는 UTP와 STP케이블이 있다.

UTP 케이블은 실드로 보호되지 않고 보편적으로 쓰며 STP 케이블은 실드로 보호되어 있고 비싸다.

트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블이라고 부른다. 

랜 케이블은 통신 규격에 따라 몇가지로 분류되어 나눌 수 있다.

랜 케이블 양쪽에는 RJ-45라는 커넥터가 있다.

랜 케이블에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다. 

리피터는 네트워크를 중계하기 위한 장비다.

허브는 리피터허브,더미허브라고도 불린다.

허브는 전기 신호를 정형증폭 기능이 있다.

리피터와 허브는 받은 데이터를 모든 포트에 전송한다. 

 

그림참고)

https://instrumentationtools.com/what-are-analog-and-digital-signals-differences-examples/

What are Analog and Digital Signals? Differences, Examples

 

참고도서 ) https://books.google.co.kr/books/about/%EB%AA%A8%EB%91%90%EC%9D%98_%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC.html?id=3gtlDwAAQBAJ&printsec=frontcover&source=kp_read_button&hl=ko&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

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