전기신호란 무엇인가?
데이터는 전기 신호로 변환 되어 네트워크를 통해 전송된다. 네트워크 통신에서는 0과 1만 사용하기 때문에 0과 1로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하는 작업이 필요하다.
그렇다면 0과 1로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하는 작업은 누가 수행할까? OSI 모델에서는 물리 계층이 수행한다. 물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층이다.
그런데 0과 1을 어떻게 전기 신호로 변환할 수 있을까? 각각의 컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송, 수신 할 수 있도록 랜 카드가 메인 보드에 포함되어 있다. 이처럼 각각의 컴퓨터는 내장형 랜 카드나 별도의 랜 카드를 가지고 있기 때문에 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜 카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을 전기 신호로 변환한다.
전기 신호의 종류
전기 신호에는 아날로그와 신호와 디지털 신호가 존재한다. 아날로그 신호는 물결 모양으로 전화 회선이나 라디오 방송에서 사용한다. 디지털 신호는 막대 모양으로 네트워크 데이터 전송에서 사용한다.
데이터가 어떻게 전기 신호로 변환되는지 살펴보면 다음 그림과 같이 데이터 송신 측의 0과 1의 비트열 데이터를 전기 신호로 변환하고 이 전기 신호는 네트워크를 통해 수신 측에 도착하고 수신 측은 전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원한다.
네트워크 전송 매체
전송 매체는 데이터가 흐르는 물리적인 선로를 말하는데 이는 유선과 무선으로 나뉜다. 그 중 유선에는 트위스트 페어 케이블, 광 케이블 등이 있고 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.
가장 많이 사용되는 트위스트 페어 케이블의 종류에는 UTP 케이블과 STP 케이블이 있다. 또한, 트위스트 페어 케이블은 일반적으로 랜 케이블이라고도 불리는데 랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어 있다. 이 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 네트워크 기기에 연결할 수 있다.
먼저, UTP 케이블은 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드가 없는 케이블이다. 실드는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈를 막는 역할을 한다. UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용된다.
STP 케이블은 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블로 UTP 케이블 보단 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로 사용하지는 않는다.
그렇다면 구리 선을 두 개를 비틀어 만드는 이유는 무엇일까? 바로 노이즈 때문이다. 노이즈의 영향을 적게 받기 위해 구리 선 두 개를 비틀어 꼬아 케이블을 만든다.
랜 케이블의 종류
랜 케이블의 종류에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.
다이렉트 케이블은 구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블이고 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용된다.
크로스 케이블은 구리 선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블로 컴퓨터 간 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용된다.
실제로 다이렉트, 크로스 케이블 모두 1, 2, 3, 6번 구리선을 사용하고 나머지 네 개의 선은 사용하지 않는다.
만약 양쪽 컴퓨터에서 1번과 2번으로 데이터를 전송하면 어떻게 될까? 데이터 충돌이 발생한다. 이 때문에 크로스 케이블은 일부로 중간에 전선을 교차시켜 송, 수신 측이 올바르게 연결되도록 돕는다.
물리 계층의 네트워크 장비
물리 계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있다.
리피터는 전기 신호를 정형(노이즈로부터 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비이다. 이는 멀리 있는 상대방과도 통신할 수 있도록 파형을 정상으로 만드는 기능을 한다. 하지만, 요즘은 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기 때문에 리피터를 쓸 필요가 없어졌다.
또한, 허브는 포트를 여러 개 가지고 있기 때문에 랜 케이블을 사용하여 여러 컴퓨터와 허브를 연결하고 통신할 수 있다. 이 때문에 어떤 특정 포트로 부터 데이터를 받는다면 해당 포트뿐만 아니라 나머지 모든 포트에도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있다.
예를 들어, 허브에 컴퓨터 A~D가 연결되어 있다고 가정해보자. 컴퓨터 A에서 B로 데이터를 전송하면 허브에 연결되어 있는 컴퓨터 C, D에도 데이터가 전송된다. 하지만 컴퓨터 C와 D에는 불필요한 데이터일 수 있는데 이처럼 허브는 스스로 판단하지 않고, 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브라는 이름으로 불리기도 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 스위치라고 하는 네트워크 장비가 등장했다. 스위치는 데이터 링크 계층에서 설명하고 여기서는 생략한다.
또한, 허브도 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다.
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