OSI 7 Layer - 물리 계층
OSI 7 Layer - 물리 계층
1. 개요
OSI 7 Layer에서 가장 최하위 계층으로 물리적인 신호 전송 및 수신을 담당하는 계층이다.
하드웨어 구성요소로 이루어져있다.
기본적으로 1대1간의 통신을 상정하며 0과 1로 구분하여 신호를 보내게 되는데 이러한 신호의 종류는 아날로그 신호와 디지털 신호 두 가지 종류가 있다.
2. 아날로그 신호 (Analog)
일반적으로 연속적인 파동의 형태를 하고 있다. 단순 신호와 복합 신호, 이렇게 두 가지가 있는데 단순 신호는 사인파고, 복합 신호는 여러 개의 사인파로 분해 할 수 있는 파형을 하고 있다. 우리의 목소리같은 것들이 이러한 아날로그 신호에 속한다.
이러한 아날로그 신호는 진폭, 주기, 위상으로 표현 되며 노이즈에 취약하다.
3. 디지털 신호 (Digital)
0과 1로 구분되는 비연속적인 신호이다. 이러한 0과 1 신호 한 개 단위를 비트라고 하며 디지털 신호는 이러한 비트를 초당 얼마나 전송할 수 있냐에 따라 정보의 전달량이 정해진다.
아날로그 대신에 디지털 신호로 만들어서 통신을 하는 것은 좋다. 하지만 어떻게 보낼 것인가가 문제이다.
이럴때는 전기나 전파를 통해서 신호를 전달한다.
4. 신호 변환 및 송수신
우리가 컴퓨터에서 데이터를 만들어서 네트워크를 통해 해당 데이터를 전송한다고 생각해보자.
그러면 그 데이터를 디지털 신호로 바꾸어야한다. 이 디지털 신호를 전달하기 위해서는 이 신호를 아날로그 신호로 바꾸어야하는데, 전기나 전파의 형태가 아날로그 신호이기 때문에 그렇다. 이 아날로그 신호는 맨체스터 코드(본문 제일 아래 참고)로 바꾸어져 전송된다.
유선의 경우 일반적으로 일정 기준 전압을 두고 해당 전압보다 높으면 전기가 흐른 것(디지털 신호 1), 그보다 낮다면 전기가 흐르지 않은 것(디지털 신호 0)으로 지정하는데, 이 기준 전압을 문턱 전압이라고 한다. 무선은 전자기파의 흐름으로 해당 신호를 전달하게 되며 해당 전자기파를 0또는 1로 구분하여 데이터를 전달 받는다.
그렇다면 어느시간까지 유선에서 전압, 무선에서 위상을 유지하고 있어야 1 또는 0으로 구분할 수 있을까? 이러한 시간을 정하는게 주파수에 대한 부분이다.
초당 몇 번의 주기가 반복되느냐에 대한 것이 주파수에 대한 내용인데, 이러한 주파수를 미리 정해두면 해당 시간 내에 신호를 나눠서 0 또는 1로 분류 할 수 있다. 무선의 경우 이 주파수의 세기에 따라 소위 말하는 세대 (3G, 4G, 5G)로 구분하기도 한다.
신호를 받았다면 이를 컴퓨터가 이해할 수 있는 디지털 신호 형태로 바꾸어주어야한다.
여기서 필요한게 랜카드이다. 무선 신호를 송수신한다면 무선 랜카드, 유선 신호를 송수신한다면 유선 랜카드가 필요하다.
무선 랜카드의 경우 전파를 전송 및 수신하기 위해 안테나가 내장되어있다.
이렇게 유무선 랜카드로 전기 또는 전파의 형태로 아날로그 신호를 수신받으면 디지털 신호로 바꾸어준다.
5. 전송 매체
이러한 신호를 전달하기 위해서는 매체가 필요하다.
무선은 당연하겠지만 우리가 살고 있는 이 공간을 통해 전자기파가 전달 된다.
유선의 경우 여러가지 매체가 있다.
1) 동축케이블
간단히 말해서 구리 케이블이다. 구리로 된 심에 절연체를 감싸고, 여타 다른 자기장의 영향을 덜 받게 하기위해 유전체로 감싸서 다시 피복을 입힌 케이블이다. 옛날에 TV와 연결된 선이 이런 케이블에 이런 선을 많이 사용했으며 안테나에도 많이 사용된다.
2) 광케이블
전기가 아닌 빛을 통해서 데이터를 전달하는 방식이다. 광 케이블 안에는 빛의 전반사를 유도하는 구조로 되어있기 때문에 빛의 전달이 가능하다. 물론 전기를 쓰는 다른 케이블과는 달리 전력 전달이 불가능하고, 빛 신호를 해석하고 전달하는 형태의 중계기를 달아야 사용할 수 있다.
옛날에 소위 광랜이라고 불리는 케이블 형태가 이러한 광 케이블이다.
3) UTP 케이블
우리 주변에서 가장 많이 볼 수 있는 케이블이다. 한 쌍의 꼬여있는 선으로 이루어진 케이블을 Twist Pair라고 부르는데 별도의 보호 피복이 없기 때문에(Unshieled) UTP(Unshieled Twist Pair)라고 부른다.
소위 랜선이라고도 불리는 이 케이블은 흔히들 스위치에서 단말로 연결 할 때 많이 쓴다. 별도의 보호 피복이 없기 때문에 노이즈에 취약하지만 상대적으로 싸기 때문에 많이 사용된다.
구리 선 8개가 2개씩 꼬여있는 형태이며 송신시 8개의 선 중에 4개를 사용하게 된다. 만약 컴퓨터와 스위치 같은 것을 연결할시에는 별도의 작업없이 그대로 선을 두고 연결 캡을 씌워서 사용한다.
이를 다이렉트 케이블이라고 부르며, 만약에 컴퓨터와 컴퓨터를 연결시 쌍이되는 전선의 위치를 바꿔서 연결 캡을 씌워서 꽂게 되는데 동일한 선으로 송신시 충돌이 날 수 있기 때문에 순서를 바꿔주는 것이며 이렇게 연결하는 것을 크로스 케이블이라고 부른다.
4) STP 케이블
보호 피복이 있다는 점에서는 UTP와 다른점은 동일하며, 보호 피복 탓에 가격이 비싸다.
※ 맨체스터 코드
수신측에서 동기화가 용이하도록 비트 중간에 극성 변화를 있게한 부호 방식으로 ‘Split-phase Code’,’Biphase Code’,’Diphase Code’ 라고도 한다. 아래와 같은 그림이 있다고 해보자.
클럭이 있고, 신호가 있다고 하면 위와 같이 클럭 중간에서 반전되어 0또는 1을 표기하게 되는데 IEEE 802.3에 정의된 바에 따르면 low에서 high로 가면 1, high에서 low로 가면 0으로 표기하는 방식이다.
랜카드에서 아날로그 신호로 변경할 때 이런식으로 맨체스터 코드로 신호를 변경하여 전송하고, 수신측에서는 맨체스터 코드로 신호를 해독하여 디지털 신호로 바꾸어 사용한다.