2. 물리 계층, 랜카드와 디지털 신호

물리 계층: 데이터를 전기 신호로 변환하기

 

데이터의 송수신은 물리 계층에서 0과 1의 집합인 디지털 신호가 전기 신호로 변환되기 때문에 가능한 일이다. 글을 적으면서도 너무 신기하다. 그게 어떻게 가능한 걸까? 가능하니까 가능해졌겠지. 

 

전기 신호는 전압이 일정한 패턴을 형성하며 만들어진 신호이다. 전기 신호를 주고 받음으로써 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있다. 전기 신호에는 전화 회선이나 라디오 방송에 쓰이는 아날로그 신호, 컴퓨터 통신에 쓰이는 디지털 신호가 있다. 

 

아날로그 신호를 전류의 유무, 극성, 위상의 동일과 반대 등 물리적 현상을 이용해 컴퓨터가 인식하는 0과 1의 이진수에 대응시켜 나타내는 신호가 디지털 신호이다. 송신 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 디지털 신호로 바뀌어 네트워크를 통해 수신 컴퓨터로 도착한다. 수신 컴퓨터는 디지털 신호를 다시 비트열 데이터로 복원해 읽어낸다.

 

 

 

물리 계층(physical layer)

 

데이터를 전송하기 위해 네트워크 기기 간에 물리적인 연결을 한다. 전기 신호를 변환하고 제어한다. 

 

 

 

 

 

 

랜 카드(LAN card)

컴퓨터는 메인 보드에 내장형 랜 카드를 탑재하거나, 별도의 랜 카드를 가지게 된다. 랜 카드를 통해 비트열 데이터가 디지털 신호로 변환 및 복원된다. 

 

 

랜 선(LAN cable)

데이터가 흐르는 물리적인 회선이다. 선의 양 끝에는 RJ-45 커넥터가 붙어 있어 컴퓨터의 랜 포트나 기타 네트워크 기기에 연결된다. 랜 카드는 데이터를 전기 신호로 바꾸는 물리적 기능을 수행한다. 이 전기 신호가 랜선을 타고 포트(출입구)로 들어가 다른 컴퓨터의 랜 카드로 전달되는 것이다.

 

랜 선은 트위스트 페어 케이블(twist pair cable)이라고도 하며, 이름에서 알 수 있듯이 구리선을 2개씩 꼬아 만든 선이다. 트위스트 페어의 유형에는 UTP와 STP가 있다. 

 

 

 

UTP(Unshielded Twist Pair)

 

실드로 보호되어 있지 않아 노이즈의 영향을 많이 받는 대신 저렴하다. UTP는 데이터 전송의 규격이나 속도에 따라 다양한 종류가 있다. (노이즈는 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생하는 잡음으로, 전기 신호의 형태를 왜곡시킨다)

 

STP(Shielded Twist Pair)

 

실드로 보호되어 있어 노이즈의 영향을 적게 받는 대신 비싸다. 자본주의 경제가 그렇다.

 

 

 

한편, 랜 선의 종류는 연결 대상에 따라 다이렉트 케이블과 크로스 케이블로 구분할 수 있다. 

 

 

다이렉트 케이블(direct cable)

 

컴퓨터와 스위치를 연결할 때 쓰인다. 구리선 8개를 같은 순서로 커넥터에 연결한다.

 

크로스 케이블(cross cable)

컴퓨터와 컴퓨터를 연결할 때 쓰인다. 구리선 8개 중 한 쪽 커넥터의 1번과 2번을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한다. 이처럼 중간에 전선이 교차되어 연결되기 때문에 데이터 송수신의 방향이 달라져 충돌이 일어나지 않는다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

리피터(repeater)

전기 신호는 전송 거리가 멀어질수록 약해진다. 리피터는 나약해진 전기 신호를 복원하고 증폭하는 네트워크 장비이다. 일대일 통신에만 사용할 수 있다. 요즘에는 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 단독으로 쓰이는 장비가 아니게 되었다. 

 

 

 

허브(hub)

리피터와 마찬가지로 나약해진 전기 신호를 복원하고 증폭하는 기능을 한다. 리피터와 달리 포트를 여러 개 가지고 있어, 랜을 구성할 때 컴퓨터 여러 대를 서로 연결할 수 있다. 허브와 컴퓨터들은 랜 선을 통해 연결된다. 허브는 특정 포트로부터 데이터를 받으면 나머지 포트에 데이터를 일괄 전송하는 특징이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 스위치이다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* 이 게시물은 미즈구치 카츠야의 책 '모두의 네트워크'에 담긴 내용을 개인 공부 목적으로 정리한 것입니다.

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