IT 이론/Network

[네트워크][개념] 4.Network 1 계층 - Physical Layer

desmort68 2018. 8. 6. 22:25

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.