[Network] OSI Layer 1(Physical)

1. Layer 1의 역할

: 비트 형태의 신호를 전기적 신호로 변환하여 전달한다

 

* bit: 2진수(=binary=BIN)로 표현, 컴퓨터에서 사용하는 가장 작은 정보 단위

32bit(x86)면 대략 43억개의 표현을 할 수 있음

그렇다면 64bit(x64)는? 18,446,744,073,709,551,616개!!

 

*10진법(=decimal=DEC)

*16진법(=hexa decimal=HEX)

*8진법(=octal=OCT)

2. Layer 1의 장비들

Repeater

: 디지털 신호는 일정 거리 이상에서 출력이 감쇠하는 성질이 있으므로, 장거리 전송을 위해 감쇠된 신호를 새롭게 재생해 전달하는 재생 중계 장치

ex) 120m 거리의 네트워크를 연결해야 하는 경우

 

Hub

: 송신된 데이터를 Hub와 연결된 모든 노드에 뿌린다(Flooding)

=> 근래 모두 스위치로 대체, 시중의 Hub는 실제로는 스위칭 허브

 

Cable & Connecter

: 네트워크에서 물리적으로 장비를 연결하는 매체로, 장비나 컴퓨터들 사이에서 전기적 신호를 전송

: 용도에 따라 적합한 케이블을 사용해야하며, 케이블에 따라 커넥터 종류가 달라짐

 ex) 광 케이블, TP 케이블, RJ45

 

3. 케이블(Cable)에 대해 더 알아보자

1) 동축 케이블(Coaxial Cable)

: 10Mbps를 지원하는 Ethernet 환경에서 사용됨 (옛날 TV 정도 제외 거의 쓰이지 않음)

 

2) TP 케이블(Twisted-Pair Cable)

: 일반적으로 LAN을 구성할 때 사용됨. 데이터 손실을 줄이기 위해 8가닥의 구리선을 4쌍을 꼬아 구성 

TP 케이블

 

shielded TP(STP)

: 은박지를 이용해 신호 손상을 줄여 더 먼 거리로 데이터 전송 가능. 단가 높음 

unshielded TP(UTP)

: 일반적인 케이블로, 단가가 저렴하고 Ethernet의 LAN용도 표준으로 사용됨. 

=> EIA에서 Cable Category라는 표준 규격 제시 

 

 

 

*디지털 정보 용량 단위 

bit -> byte -> kilo -> Mega -> Giga -> Teraa -> Peta -> Exa -> Zeta..

8bit = 1 byte = 1char(ASCII)

1024 byte = 1Kb

1024 kb = 1Mb

..

* 전송속도 단위

Mbps (mega bit per sec) -> mega bps로 읽음

MBps = Mbps/8

 

 

* UTP cable category & 케이블 규격

Cable Category

*CAT6부터 1Gbps 이상을 안정적으로 사용 가능

*NIC, 케이블, 스위치 모두 1Gbps를 지원해야 해당 속도로 전송 가능

 

 

TP케이블용 커넥터 = RJ45

• 8개의 구리선을 연결할 수 있게 8개의 핀으로 구성되어 있음
• 암 커넥터의 내부 핀은 장비가 만들어질 때 역할이 정해짐
  • TD(tranmit data): 데이터를 전송하는 역할
  • RD(recive data): 데이터를 받는 역할
  • TD+로 전송되는 데이터는 RD+로, TD-로 전송되는 데이터는 RD-로 받아야 함
  • 계층 별 핀 배열이 다르기 때문에 케이블을 만드는 방법이 다름
  • (최근 장비는 구분 없이 사용 가능)

TP 케이블의 구리선 배열

*100Mbps로 사용하려면 4가닥의 구리선만 연결하면 되지만, 1Gbps으로 사용하기 위해서는 8가닥 모두 연결해야함

​

3) 시리얼 케이블(Serial cable) 

: 일반적으로 WAN 연결에 사용되는, 직렬 포트로 연결하여 통신하는 케이블

 

4) 광 케이블(Fiber-Optic Cable)

: 코어라는 빈 유리 섬유의 공간으로 빛을 전달함

 

Cable Type 명명 법

: 케이블의 종류, 속도, 신호의 종류를 알 수 있게 type을 분류

 

1) bandwidth(Mbps)

• 케이블을 통해 초당 전달할 수 있는 데이터의 양
• 전송 속도를 측정하는 단위
• 기본 단위: Mbps(mega bps)

2) signal type

• baseband: digital signal -> LAN, WAN(전용선)
• broadband: analog signal -> WAN(공용선)

3) cable type(max distance)

• 케이블의 종류와 단일 케이블로 연결할 수 있는 최대 연장 거리
• number -> 동축 케이블
• T, Tx -> TP cable
• F, Fx -> 광 케이블(fiber-optic cable)

=> TP 케이블과 광케이블 구분, Bandwidth 구분이 주로 쓰인다

 

신호 전달 방식 - LAN에서 사용하는 용어

• simplex
  • 단 방향 신호 전달
  • ex) 방송국, 일방 통행 도로
• half-duplex => 현재는 거의 사용하지 않음
  • 반 이중 신호 전달
  • 양쪽 전송이 가능하지만, 한 순간에 한 방향으로만 전달 가능(동시 불가)
  • hub의 기본 신호 전달 방식
  • ex) 무전기, 1차선 도로
• full-duplex => 문제가 생길 경우 half-duplex로 변환하는 경우가 있음
  • 전 이중 신호 전달 방식
  • 동시에 양 방향으로 신호 전달
  • switch의 신호 전달 방식
  • ex) 전화기, 2차선 도로

4. Hub 통신의 문제점과 CSMA/CD

Hub 통신의 문제점

: half-duplex만 지원되므로, 경쟁을 통해 매체를 이용하는 환경에선 신호의 충돌(collision)이 발생

=> Collision Domain: 신호 충돌이 발생 가능한 영역

​

해결 방법

• CSMA/CD(Carrior Sense Multiple-Access/Collision Detection) -> 1Layor protocol
  • Ethernet 통신 프로토콜
  • 버스(전송 매체)가 사용 중인지 감지(carrior sense), 사용중이면 대기
  • 빈 줄 알고 동시에 보낸 경우, 충돌을 감지(collision detection-JAM 신호를 보냄), 충돌이 나면 임의의 시간을 대기 후 재전송
• switch 등 Layor 2 이상의 장비 사용 (full-duplex)

Hub - Packet Tracer 실습

1) 의도하지 않았지만 Hub가 flooding한 패킷들은 폐기, 의도한 패킷만 정상 송신

(응답도 다시 전체에 부려지고, 폐기됨)

2) 그렇다면, PC0과 PC2에서 패킷을 동시에 보낸다면? 충돌 발생

(Hub에서는 연결된 디바이스가 많을수록 더 많은 충돌이 일어남 => 속도가 느려짐)