네트워크 학습 내용 순서
이번 장에서는 1계층인 물리 계층(physical layer)에 대해 알아보자.
0. 물리 계층(1계층) 개요
OSI 7 layer에서 제일 하위에 있는 계층으로, 데이터 링크로부터 받은 데이터를 케이블 같은 전송 매체로 전송하기 위해서 ‘전기 신호’로 변환하는 역할 을 한다. 그래서 전송 매체와 관련이 깊다.
이 계층에서 ‘주요 네트워크 기기’는 각 장치들을 중계하고 신호를 증폭하기 위해서 사용되는 리피터 와 허브 다. 주요 데이터 단위는 비트(bit) 다.
1. 네트워크 전송 매체: 케이블
위에서 언급한 것처럼 변환된 전기 신호를 전달해주기 위해서는 ‘전송 매체’가 필요하다. 전송매체의 종류에는 유선 케이블과 무선 케이블로 크게 나눠진다.
1.1 유선 케이블: 3가지
UTP 케이블(일반적으로 불리는 LAN cable)
우리가 흔히 랜선이라 부르는 케이블이다. 이 케이블을 분해해서 보면 선이 꼬아져 있는데 이는 노이즈를 억제하기 위해서다. UTP 케이블의 종류는 2가지로 나눠진다.
- UTP 케이블의 종류: 다이렉트 케이블, 크로스 케이블
- 양 각 끝의 RT 커넥터에 연결된 선의 위치가 동일하면 다이렉트 케이블, 크로스되어 다르면 크로스 케이블이다.
- UTP 케이블 규격도 별도로 존재한다.
동축 케이블, 광섬유 케이블
위 두 케이블에 대한 상세 설명은 생략한다.
1.2 무선 케이블
유선 케이블처럼 선이 꼬이지 않지만, 속도가 불안정하며 보안상 위험하고, 전파에 영향을 많이 받는다.
전체 구조
무선 LAN 액세스 포인트(ex: 공유기) + 무선 LAN 클라이언트(ex: 공유기에 연결한 노트북들)
연결 방식: 2가지
인프라스트럭처 방식: 유선 이더넷에 연결된 공유기를 중심으로 기기들이 연결된 상태
애드혹 방식: 무선 클라이언트끼리 직접 통신하는 방식 ex) 닌텐도 근거리 통신
2. 주요 네트워크 기기: 리피터와 허브
2.1 리피터(중계 역할)
통신 기기가 서로 멀리 있을 때 거리에 반비례해서 신호가 약해지는데, 이를 증폭하여 다시 신호를 복원하고 거리를 더 연장시키는 기기다. 하지만 요즘 네트워크 장비는 리피터의 기능을 기본적으로 내장되어 나오기 때문에 리피터가 별도로 필요하지 않다.
2.2 허브
여러 컴퓨터들을 서로 중계해주는 역할을 하는 네트워크 장비로서, 리피터의 증폭 역할이 내장되어 있다. 허브의 종류로는 더미 허브 와 스위칭 허브 로 2가지가 있고, 전자는 이 1계층에서 후자는 2계층에서 사용된다.
2.2.1 더미허브(1계층의 주요 장비(중계 역할만 담당))
1계층에는 지정된 header가 없어서 허브의 포트들에 연결된 모든 컴퓨터에게 데이터를 전송하기 때문에(broadcast 방식), 네트워크의 전체 대역폭(bandwidth)을 허브에 연결된 컴퓨터들끼리 분할해서 사용하는 방식이다.
예를 들어 대역폭이 100Mbps 라고할 때, 이 허브에 연결된 컴퓨터가 4대라면 각 컴퓨터의 대역폭은 25Mbps씩 나눠서 속도를 지원한다. 그래서 연결된 장치가 많아지면 속도가 저하되기 때문에 작은 환경에서만 사용하는 방식이다.
- 더미 허브의 문제점
- 이 더미 허브에 노트북 pc1, pc2, pc3, pc4가 연결되어 있다고 해보자. pc1이 pc2에게만 데이터를 전송하고 싶어도 더미 허브는 포트에 연결된 모든 클라이언트에게 데이터를 전송하기 때문이다. 즉, 특정 대상으로 전송하는 능력이 없다.
2.2.2 스위칭 허브(스위치): 2계층의 주요 장비
대역폭을 나눠 사용하여 속도 저하가 되는 더미 허브의 문제점을 개선한 허브로, 데이터를 전송하는 기능만 있는 더미 허브와 달리 각종 관리 기능이 추가되어 있다.
- 이 스위칭 허브에 대한 상세 설명은 2계층 내용 정리에서 다룬다.
1계층에서의 허브는 ‘더미 허브’를 의미한다
허브의 종류에는 위와 같이 2가지가 존재하지만 1계층에서의 주요 네트워크 기기로 언급되는 ‘허브’는 실제로 ‘더미 허브’를 의미한다.
| 계층 | 보편적 통칭 | 또 다른 표현 |
|---|---|---|
| 2계층 | 스위치 | 스위칭 허브 |
| 1계층 | 허브 | 더미 허브 |
3. 네트워크 토폴로지
- from: 위키피디아
성형
- 중앙 집중식 형태
- 일대일
- 장단점
- 장점: 고속의 대규모 네트워크
- 단점: 중앙 시스템 고장 시 전체 네트워크 중단
버스형
- 구조가 가장 간단
- 장단점
- 장점: 구조가 간단하여 설치가 쉽고 비용이 저렴
- 단점: 어느 한 곳에 장애가 발생 시, 전체 네트워크에 영향
링형
고리 모양으로 둥글게 연결
장단점
- 장점: 케이블 비용 저렴, 네트워크 전송 시 충돌이 없다.
- 단점: 어느 한 곳에 장애가 발생할 시 전체 네트워크가 중단, 재구성이나 변경이 어렵다
망형
공중 전화망과 공중 데이터 통신망에 적합
장단점
- 장점: 한 곳에 장애가 발생하여도 다른 회선을 사용하면 되서 신뢰성이 높음
- 단점: 설치 비용이 높고, 유지보수가 힘들다. 또한, 어느 한 곳에 장애가 발생하면 발생 위치를 추적하기 어렵다
4. 더미 허브와 LAN 카드의 관계
‘LAN 카드 ‘ 는 들어온 디지털 신호를 전기 신호로 바꿔주는 역할을 수행한다.
LAN 카드에 의해서 바뀐 전기 신호를 ‘더미 허브 ‘ 가 감지하여, 이 전기 신호를 더미 허브에 연결된 모든 포트 로 연결 매체를 통해 전송하는 역할을 한다.
그리고, 이 전기 신호를 받는 대상의 컴퓨터에서는 이 들어온 전기 신호를 이 컴퓨터의 LAN 카드에 의해서 디지털 데이터로 다시 변환 한다.
즉 다음과 같은 순서로 진행된다.
PC A의 랜카드 -> 전송 매체 -> 더미 허브의 포트 -> 더미 허브 -> 더미 허브의 각 모든 포트 -> 전송 매체 -> PC B의 랜카드 (여기서 전기 신호는 디지털 데이터로 변환)
➕ 추가 내용
LAN 카드는 우리가 흔히 사용하는 데스크탑과 랩탑에만 있는 장치가 아니다. 네트워크와 연결된 스위치, 라우터에도 존재한다. 그리고 위에서 언급된 것처럼 LAN 카드에는 MAC 주소도 포함되어 있기 때문에, 스위치와 라우터도 MAC 주소를 가지고 있다.