1계층은 Physical layer로 말 그대로 물리적으로 연결되는 계층이다. 일반적으로 소리가 전달되기 위해 공기(매질)가 필요하다. 

한 컴퓨터(node)에서 다른 컴퓨터(node)로 데이터가 전달되기 위해서는 데이터를 옮겨줄 수 있는 매질이 필요하다. 이러한 매질의 역할을 하는 게

케이블(cable, 전선)이다.


네트워크 구분 때에 LAN(Local Area Network) 규모가 가장 작았고 WAN(Wide Area Network)이 규모가 가장 컸다. 거리에 따라 적합한 장비도 변한다.

각 네트워크에 맞는 Cable은 다음과 같다.


-LAN cable: 동축 케이블(Coaxial cable), 꼬임 쌍선 케이블(Twisted-Pair(TP) cable), 광 케이블(Fiber-Optic cable)

-WAN cable: 시리얼 케이블(serial cable), 광 케이블(Fiber-Optic cable)


LAN에서는 주로 TP 케이블을 쓰며 WAN에서는 광 케이블을 주로 사용한다.


1 동축케이블(Coaxial cable)

-중간에 굵은 선(구리선) 하나로 되어 있는 케이블이다. 10Mbps(1초에 10Mb를 전송할 수 있는 전선)를 지원하는 Ethernet 환경에서 사용되었다.


2 꼬임 쌍선 케이블(Twisted-Pair cable)

-현재 LAN 구성에 일반적으로 사용되는 케이블이다. 내부에 8가닥의 구리선이 한쌍씩 꼬여져서 구성된다. 종류는 일반적으로 많이 알려진 게 STP, UTP이다. 둘의 차이는 8가닥의 구리선을 보호하는 층이 존재 여부이다. UTP U Unshielded이며 STP S Shielded이다. 일반적으로 LAN을 구성할 떄 UTP 케이블을 사용한다.


3 광 케이블(Fiber-Optic cable)

-빛 신호를 이용하여 데이터를 전달하는 케이블이다. 코어라는 빈 유리섬유의 공간으로 빛을 반사시켜 전달한다..

 

이름

구성

기능

주 사용처

비고

동축 케이블

동심원의 중심에 구리선 하나 존재

10Mbps 지원

Ethernet 환경에서 사용

LAN

 

TP

UTP

(Unshielded Twist Pairs)

내부에 8가닥의 구리선이 한쌍씩 꼬여 있음

-단가가 낮음

-처리 간단하고 값이 싸서 LAN용도 표준으로 사용

LAN

 

STP

(Shielded Twist Pairs

-은박지를 이용해 외부 저항 줄여주는 기능

-단가가 높음

-신호 손상을 줄여 더 먼 거리 데이터 전송 가능

-신호 간섭 많은 공간(공장, 야외)이나 빠른 통신을 원하는 곳에서 사용

 

광케이블

SMF

(Single Mode Fiber)

-내부 코어라는 빈 유리섬유 공간으로 빛을 전달.

전파 간섭 거의 없으며 신호 감쇠가 상대적으로 덜함

-연장설치와 케이블 가격이  고사

레이저, LED가 만들어낸 파형을 직경 10 micron 이내 좁은 코어를 통해 전송

WAN

-수신을 위한 선과 송신을 위한 선이 따로 존재

-설치 어렵고 연결 장치, 케이블이 비싸다

MMF

(Multi Mode Fiber)

레이저, LED가 만들어낸 여러 파형을 직경 50~115 micron 정도의 넓은 코어에 각각 다른 각도로 전송

Serial Cable

-connector DCE DTE로 나뉜다.

-DCE(Data Communication Equipment): Clock Signal을 보내는 장비

-DTE(Data Terminal Equipment):

Clock Signal을 받는 장비

-모뎀과 네트워크 장비(라우터)를 연결하기 위해 사용

*모뎀: 아날로그/디지털 변환기의 일종. 컴퓨터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 전송, 아날로그 신호를 받아 디지털 신호로 읽어낸다.

 

과거 WAN

통신

 

 

케이블 외에 Physical layer에서 사용하는 네트워크 장비는 hub repeater가 있다. Hub repeater 모두 판단을 내리는 장비는 아니다. , 데이터가 어디로 가려는지 관심은 없고 이를 증폭하거나 연결된 모두에게 뿌려줄(flooding) 뿐이다. 특징은 다음과 같다.


-Repeater: 신호 재생 장치, 먼 거리에서 신호 전달 시 신호가 약해지므로 이를 방지하기 위한 목적. 따라서 port가 두 개이다

-Hub: 이 장치의 경우 데이터 신호가 들어오면 들어온 방향 외 다른 port 전부에 data를 뿌려준다(flooding). Port가 여러 개이기 때문에 장비의 연결을 집

중시키는 집선(집 선을 모으는) 장비로 사용되었다. 그러나 half-duplex이기 때문에 한 곳에서 정보를 계속 보낼 경우 다른 곳에서 계속 대기상태에 있어야 한다.

 

Hub의 특징을 보면 half-duplex가 나온다. Half-duplex란 뭘까? 이는 신호 전달 방식의 일종으로 총 세 가지의 신호 전달 방식이 존재한다.

 

신호 전달 방식

특징

)

Simplex

단 방향(One way) 신호 전달 방식

방송국

일방통행

Half-duplex

반 이중 신호 전달 방식

양쪽 방향 모두 가능하나 한 번에 한 방향으로만

무전기

실전화(한 쪽이 얘기할 때 한 쪽은 듣고 있어야 한다.)

Full-duplex

전 이중 신호 전달 방식

동시에 양방향 신호 전달

일반 전화기

 

Half-duplex를 보면 누군가가 신호를 보내고 있으면 다른 쪽은 받기만 해야 한다. 그렇지만 신호를 보내는 순서가 항상 정해져 있는 게 아니다. 다른 컴퓨터로 다른 작업을 하고 있는데 그 순서를 어떻게 일일이 정하겠는가? 신호가 충돌할 수밖에 없고 신호 충돌이 발생 가능한 지역인 Collision Domain이 생길 수밖에 없다. 그렇다면 이 문제를 어떻게 해결해야 할까? 답은 두 가지다. 하나는 CSMA/CD 기법을 이용하는 방법이고 다른 하나는 Full-duplex 장비로 통신하는 것이다. 후자는 Data Link 이상에서 작동하는 네트워크 장비(Switch )을 써야 하기 때문에 hub CSMA/CD 방식을 사용한다.

 

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) 기법

-충돌을 예방(우선순위 설정을 통해) + 충돌 감지될 시 재충돌 방지

-CSMA의 경우 예방, CD의 경우 재충돌 방지 기법이라고 보면 된다.

-CSMA 작동 단계

           1. 전송을 위한 프레임(데이터) 준비

           2. 매체 감지 신호 통해 매체 사용 중인지 아닌지 판단

           3. 사용 중이면 대기. 사용 중이지 않으면 전송 시작

4. 충돌이 감지되면 CD

-CD 작동 단계

1. 멈추라는 신호를 전체 송신자에게 전달되도록 최소 패킷전송시간까지 전송을 지속

2. 재전송 계수기의 재전송 시도횟수 증가

3. 임의의 시간 동안 대기

4. 첫 단계부터 반복.


<출처: 위키피디아 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 감지(https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B0%98%EC%86%A1%ED%8C%8C_%EA%B0%90%EC%A7%80_%EB%8B%A4%EC%A4%91_%EC%A0%91%EC%86%8D_%EB%B0%8F_%EC%B6%A9%EB%8F%8C_%ED%83%90%EC%A7%80)>


도식화해보면 다음과 같다.



  인터넷을 할 때 우리는 보통 브라우저를 사용한다. 브라우저를 접속해서 주소창에 www.google.com 이라고 치면 구글의 깔끔한 홈페이지가 뜬다. 여기에 궁금한 것을 치면 다양한 정보가 뜬다. 신기한 마법같지만 슬프게도 세상에 마법은 없다. 적어도 컴퓨터 세상에서는 말이다. 우리가 브라우저를 열고 www.google.com을 쳤을 때 세 가지 작용이 일어난다.

1. 우리 컴퓨터가 DNS Query를 DNS 서버에 보내게 된다.
2. DNS 서버에서 알게 된 IP로 정보 전송을 요구한다.
3. 컴퓨터가 정보를 받고 브라우저가 이를 화면에 출력한다

 이 세 가지를 모두 이해하면 인터넷이 어떻게 작동하는지 제대로 알고 있는 것이다. 자부심을 가지자.
 그렇지만 이 글에서 모든 걸 쓸 수는 없다. 이 글에서는 1번의 과정만을 살펴보겠다.

  DNS는 Domain Name System으로 쉽게 말하면 숫자로 된 주소를 이해하기 쉽도록 문자 주소로 바꿔주는 것이다. 현재 인터넷이 작동하는 데 하나의 축으로 작용하는 시스템이다. 그래서 www.google.com이라는 문자 주소의 숫자 주소가 어딘지 DNS 서버에 물어보게 된다. 그러면 질문(Query)은 데이터 형태로 DNS 서버로 가게 된다. 

 그러면 단순히 질문만 보내면 될까? 일상 생활에 비유해 생각해보자. 서울에 있는 A가 부산에 있는 B에게 안부를 묻는다고 하자. 전화를 사용하거나 편지를 쓰거나 아니면 이메일을 보내는 어떠한 경우에도 주소가 필요하고 이를 전달해주는 매체(전화기, 우체국, 컴퓨터)가 필요하다. 이러한 매체를 다르게 보면 하나의 약속이나 규약이라고 할 수 있다. 핸드폰의 전화번호 형식, 편지에서 우편주소를 쓰는 형식, 이메일의 주소를 쓰는 형식 등 각 매체에서는 자기만의 방식을 약속하고 이러한 약속을 기반으로 통신이 이루어진다. 

 인터넷도 데이터들을 옮겨주는 매체가 필요하다. 인터넷에서 통신을 위해 정해놓은 프로토콜(약속/규약, Protocol)들을 Internet Protocol Suite(인터넷 프로토콜 모음)라고 한다. 이러한 모음 안에서 인터넷 통신에서 자주 사용하는 프로토콜이 tcp/ip이기 때문에 tcp/ip protocol suite라고 부르기도 한다. 이렇게 통신이 일어나는 절차를 각 기능별로 모듈화시켜 만들어 놓은 구조를 네트워크 모델(Network Model)이라고 한다. 가장 표준화된 모델은 국제 표준화 기구(ISO, International Organization for Standardization)에서는 OSI 7 layer(Open System Interconnection)라는 모델이다. (세상에 모든 프로토콜을 설명할 수 있는 모델이다). 기능별로 표준화를 시켜 놓은 이유는 눈으로 보이지 않는 데이터의 흐름을 파악하고 트러블 슈팅(Trouble shooting, 문제 해결)을 쉽게 만들며 장비간 혼합(Router의 경우 A사를, Switch의 경우 B사를 쓰는 경우)에도 문제가 생기지 않게 하기 위함이다.


아래 표는 OSI 7 Layer와 tcp/ip model이다. tcp/ip model의 경우 계층을 나눌 때 다양한 주체에 따라 계층의 수가 달라진다. 자세하게 알고 싶은 사람은 이 주소(https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite)를 참조하자.


OSI 7 Layer: Network 안에서 통신이 가능하게 만드는 요소들을 7개의 계층을 나눠 표현한 것이다.

 Layer 7 (Application)

 -응용 서비스 수행, 사용자의 명령을 받아주는 계층

-Protocol: HTTP, FTP, Telnet, SSH, DNS, DHCP


 Layer 6 (Presentation)

 코드 번역을 담당, 상위 계층에서 만들어진 데이터의 형태 표현

-인코딩, 암호화 등의 동작

-포장/압축/암호화

 Layer 5 (Session)

 양 끝단 응용 프로세스가 통신을 관리하기 위한 방법 제공

-통신을 하기 위한 세션을 확립/유지/중단 (OS가 관리)

 Layer 4 (Transport)

-Port 주소를 사용

-상위 계층 신뢰성 있는 데이터 주고 받을 수 있도록 해준다

-오류 검출 및 복구와 흐름제어, 중복 검사 수행

-Protocol: TCP/UDP

 Layer 3 (Network)

-Device(장비):

  -Router/L3 Switch: Routing & Switching, IP주소 구분

-출발지와 목적지의 주소(논리적 주소)를 통해 종단 간 연결을 보장한다.

-기능: 라우팅, 흐름 제어, 세그멘테이션(segmentation/desegmentation), 오류 제어, 인터네트워킹(Internetworking)

-Protocol: ICMP, IP, ARP

 Layer 2 (Data Link)


-Device(장비):

  -Bridge/Switch: Switching, MAC 주소 구분

  -NIC(Network Interface Card)


 -MAC(Media Access Control) 주소를 이용한다.

 

-신뢰성있는 전송을 보장하기 위한 계층

-기능: CRC 기반의 오류 제어와 흐름 제어, 물리 계층에서 발생할 수 있는          오류를 찾아 내고, 수정하는 데 필요한 기능적, 절차적 수단을 제공

-특징: 에러검출/재전송/흐름제어, 프레임에 주소 부여(MAC 주소)



-Protocol: 

   -LAN일 경우: Ethernet

   -WAN일 경우: HDLC, PPP


 ** CRC(cyclic redundancy check)

 순환 중복 검사. 네트워크 등을 통하여 데이터를 전송할 때 전송된 데이터에 오류가 있는지를 확인하기 위한 체크값을 결정하는 방식을 말한다

-- Layer 1 (Physical)


 기본적인 하드웨어(물리적인 장비) 연결 계층이다. 비트 형태의 신호에 패턴을 부여하여 전기적 신호로 변경

 

-Device(장비):

   -Cable(전선): 규칙, 규격, 꼬임수, 깊이 등에 따라 종류가 달라진다

   -Repeater/Hub: 신호재생, 거리연장에 사용

 -OSI 아키텍처 중 가장 복잡한 계층


 -개인적인 의견:

 -신호를 전달해주는 역할이라고 생각했다. 필터링 기능이나 세부 목록 확인 같은게 없으니까. 물건을 올리면 그냥 전달해주는 컨베이어 벨트 같은 느낌? 그렇지만 가장 복잡하다고 한다. 왜 그럴까? 컴퓨터에서 만들어지는 데이터는 기본적으로 0과1인 비트 형태의 신호이다. 이를 멀리까지 보내야 하기 때문에 변환이 필요하다. 그래서 가장 복잡하다고 하는 것 같다. 관련 자료를 올리면 링크를 걸겠다.


<챰고: https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B8%ED%84%B0%EB%84%B7_%ED%94%84%EB%A1%9C%ED%86%A0%EC%BD%9C_%EC%8A%A4%EC%9C%84%ED%8A%B8>

<참고:  https://ko.wikipedia.org/wiki/OSI_%EB%AA%A8%ED%98%95 >







자, 그러면 저번 글에서 이야기했던 L2,L3,L4 Switch를 대충 짐작할 수 있지 않을까? L2 Switch는 Layer 2까지 기능이 존재한다는 것이다. L3 Switch의 경우 Layer1+2+3의 기능을 제공하고 L4의 경우 Layer1+2+3+4 의 기능을 제공한다는 말이다. TCP/IP model에서는 왜 세 개의 계층을 한꺼번에 취급하는지에 대해서는 https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite 이곳으로 들어가 Application layer 부분을 읽자. 영어가 어려운 분들은 구글 번역을 이용해 번역해서 읽자. 이해가 안 되는 부분은 댓글을 남겨주시면 제가 이해하는 한에서 답장을 하도록 하겠습니다.


<참조: http://www.rcy.co.kr/xeb/tool/6962 => OSI 7 Layer의 자세한 도식과 프로토콜이 궁금하면 참조하면 좋다>


인터넷은 네트워크끼리의 상호작용이다. 

 

 그렇다면 네트워크는 하나의 종류만 존재할까? 네트워크가 컴퓨터의 연결이라고 했으니 컴퓨터 수로 크기를 나눌까? 단순히 수로 나누면 체계적인 분류가 어려워진다. 현재 분류에 사용되는 건 거리이다. 체계적인 분류를 위해서 가장 작은 단위부터 Network(네트워크)를 나눠보자.


이름 

설명 

 LAN( Local Area Network )

  근거리 통신망. 좁은 지역을 연결. 대표적으로 Ethernet(100~200m). Hub 혹은 Switch로 연결된 Network (L2 Switch)

 MAN( Metropolitan Network)

  중거리 통신망. 도시권 정도의 규모. LAN은 너무 짧고 WAN은 너무 넓어서 등장한 개념. Routing이 가능한 Switch를 사용(L3,L4 Switch)

 WAN( Wide Area Network )

  원거리 통신망. 넓은 범위를 연결. 광역 네트워크. 통신 전문업체(ISP, Internet Service Provider)에서 만들고 관리(국내의 경우 KT, SKT, LG 등). Router로 연결된 Network


 네트워크의 크기는 이렇게 다양하다. 자, LAN은 많이 들어봤을거라고 생각한다. 랜선친구, 랜선삼촌, 랜선이모 등 요즘 랜선이 대세다. 국어사전에 등재된 단어 뜻은 이렇다.


 랜선 친구: 모바일이나 SNS로 친구 행세하는 사람들 랜선타고 친구 행세한다고 불림[각주:1] 


 여기서 보는 랜선이 우리가 집에서 인터넷을 연결할 때 보는 UTP 케이블이다. 사진은 집에 가서 직접 찍은 걸 올릴 예정이다. 구글 이미지를 찾아봤지만 이미지 저작권에 걸리지 않는 이미지 중 내가 원하는 이미지가 없다. 



 나중에 블로그를 하실 분이나 블로그를 하시는 분, 인터넷에 글을 쓰는 모든 분은 이미지 저작권 관련은 읽어보고 자신이 위반하고 있는지 확인하시면 좋을 것 같다. 언제 저작권 위반이라고 소송이 걸릴지 모르기 때문이다 ㅠ
<구글링을 통해 가장 위에 나오는 사이트를 일단 써놓는다. 사진저작권- http://smartincome.tistory.com/48 >

 UTP 케이블을 우리는 보통 공유기에만 껴봤을 것이다. 사실 얼마나 많은 사람이 스위치를 보겠는가.
 Switch(스위치)의 사진은 다음과 같다



 그렇다면 Router(라우터)는 어떻게 생겼을까? Switch랑 모양이 크게 다르지는 않다. Cable 연결 구멍 수(Port) 차이만 있을 뿐 생김새는 크게 다르지 않다. 
 생김새가 궁금한 사람은 구글에 cisco router로 이미지를 검색해보면 된다. (cisco는 미국의 유명한 통신장비 회사다)

 누군가는 이런 장비들이 왜 이렇게 생겼는지 궁금해 할 수 있다. 하나같이 납작한 느낌 아닌가? 가정에서 사용하는 공유기의 경우 아담하고 귀여운 느낌이지만 컴퓨터가 많은 곳은 그렇지 않다. 컴퓨터 하나를 연결하기 위해 port 하나가 필요한데 보통 큰 회사는 수백명이 컴퓨터 한대씩을 가지고 있다. 그렇기 때문에 쓸데 없이 크게 만들면 공간만 잡아먹는다. 공간을 마련하는 것도 결국 비용이다. 그렇기 때문에 비용과 편의에 의해 납작해졌다고 볼 수 있다.   

 자, 위에서 LAN과 MAN을 이야기할 때 L2,L3,L4 Switch라고 이야기를 했을 때 저건 뭐지? 라고 생각했을 사람들이 많다. 궁금증은 좋다. 계속 궁금해하고 찾아봐야 머리에 남기 때문이다.

 원래는 하나로 이으려고 했으나 네트워크 모델을 따로 말하는 게 좋다고 판단하여 수정한다. 궁금하신 분은 다음 글을 읽으면 된다.


 아래 링크를 누르면 다음으로 바로 넘어간다


 [네트워크][개념]3.네트워크 모델(OSI 7 Layer model, tcp/ip model)

 


  1. https://dict.naver.com/search.nhn?query=%EB%9E%9C%EC%84%A0%EC%B9%9C%EA%B5%AC&ie=utf8 [본문으로]

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