03. 물리 계층 (OSI Layer#1)

 [ 물리계층 통신 방식 ] 

물리계층 : OSI 7 Layer의 1 계층으로 H/W로 표현함

• 네트워크 장치의 전기적, 기계적 속성 및 전송 수단을 정의
• 상위 계층인 데이터링크 계층의 프레임을 신호로 인코딩하여 네트워크 장치로 전송
• 통신 장치와 커넥터, 인코딩 (Bit -> Signal), 송수신을 담당하는 회로 등의 요소가 있다

Media : 통신 매체

Media가 규격에 맞는 connector로 bit/signal 을 받음

Tx/Rx : signal 받아서 circuit 처리해주는 역할

 

 

 

 [ Signaling 종류 3가지 ] 

• 전기 : copper 케이블을 사용 (전화선, UTP, 동축케이블)
  • 케이블 규격은 IEEE 802.3 에 제정되어있음 (이더넷에서 물리계층과 데이터링크 계층의 매체 접근 제어를 정의)

• 광(빛) : optical fiber 케이블을 사용 (빛의 패턴을 신호로 사용)

• 전파 : 무선 (마이크로파 패턴을 신호로 사용)
  • 무선랜 표준 규격은 IEEE 802.11 에 제정되어있음

 

 

 

 [ 물리계층 장비 ] 

• 허브, 리피터

 

• 허브 : 전기신호를 증폭하여 포트에 연결된 PC들끼리 통신 가능하게 함
  • 단순 중계기 역할로, 허브에 연결된 PC1 이 다른 PC2에게 데이터를 보내려면 허브에 연결된 모든 PC들에게 그 데이터를 전달하게 됨
  • 이때, 다른 연결된 pc들은 송신 거부를 함
  • 브로드캐스팅 통신 : 1 -> all
  • 유니캐스팅 통신 : 1 -> 1
  • 멀티캐스팅 통신 : 1 -> n (몇명에게만)

• 리피터 : 신호의 세기를 증폭하여 좀 더 먼거리까지 통신 가능 (현재 거의 쓰이지 않음)
• CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection)
  
  • 송신 노드는 데이터를 전송하고, 다음 채널에서 다른 노드의 데이터 충돌 발생을 계속 감지
  • 충볼 발생시에는 모든 노드에게 충돌 발생을 통지하고 재전송 시도
    1. Carrier sensing : 데이터 보내기 전에 다른 노드에서 데이터를 보내는 중인지 확인
    2. Multiple Access : 데이터 보내는곳이 없다면 전송 시작
    3. Collision Detection : 동 시간대에 데이터 보내게됨녀 충돌 발생 및 정지
  • 그 이후 특정 시간이 지나면 다시 1번부터 반복
  •  

 

전송 방식

1. Simplex : 단방향 통신으로 수신측은 송신측에 응답불가
2. Half Duplex : 반이중 전송방식으로 양방향 통신이지만 송수신 시간은 정해짐. 무전기랑 비슷.
3. Full Duplex : 전이중 전송방식으로 동시 양방향 통신 가능. 전화기랑 비슷.

케이블과 커넥터

• 종류 : TP(Twisted Pair), 동축, Fiber(광)
• TP : 총 8가닥의 선으로 구성되며 2개의 선을 서로 꼬아놓음 (자기장 간섭을 최소화하여 성능(속도와거리)을 향상)
  • UTP가 STP 보다 더 광범위하게 사용됨 (STP가 자기장 간섭 더 최소화 시켰지만)

• 광(Fiber) : 전기신호의 자기장이 없는 빛으로 통신하므로 장거리 고속 통신 가능
  • mode : single, multi
  • connector type : LC, SC

 

• 광 트랜시버 : 광통신에 사용되는 네트워크 인터페이스 모듈 커넥터
  • SFP (Small Form-factor Pluggable transceiver)
  • GBIC (Gigabit Interface Connector)

 

단위 & 성능

• 단위 : bit & byte
  • bit - 회선 speed, byte - data size에 사용됨
• 성능 :
  • bandwidth(대역폭) - 주어진 시간대에 네트워크를 통해 이동할 수 있는 정보의 양
  • Throughput(처리량) - 단위 시간당 디지털 데이터 전송으로 처리하는 양
  • BackPlane : 네트워크 장비가 최대로 처리할 수 있는 데이터 용량
  • CPS(connection Per Second) : 초당 커넥션 연결 수 (L4에서 사용됨)
  • CC(Concurrent Connections) : 최대 수용가능한 커넥션
  • TPS (Transactions Per second) : 초당 트랜잭션 연결수 (L7에서 사용, HTTP 성능 확인)

 

 

 

 [ UTP 케이블 ] 

UTP (Unshielded Twisted Pair) : 주로 근거리 통신망(LAN)에서 사용되는 케이블

• 이더넷 망 구성시 자주 사용됨
• 코드 배열 : 8P8C (8개의 선 배열에 따라 다이렉트 또는 크로스 케이블로 구성한다)

 

• Direct Cable (568B - 568B) : PC to Hub (DTE to DCE)
• Cross Cable (568A - 568B) : PC to PC, Hub to Hub (DTE to DTE, DCE to DCE)
  • DTE (Data Terminal Equipment) : 종점 역할 (PC)
  • DCE (Data Communication Equipment): data를 포워딩 시켜주는 역할 (HUB)

 

코드 배열

• Auto MDI-X (Automatic Medium Dependent Interface Crossover) : 어떤 노드의 연결인지에 따라 direct / cross 케이블 선택하기 불편하니까, 케이블 타입에 관계없이 노드 상호간 자동으로 통신 가능하게하는 기술.
  • MDI 포트 (DTE용 포트)
  • MDIX 포트 (MCE용 포트)

 

UTP 카테고리

: UTP 케이블의 전송 가능한 대역폭을 분류

 

 

 [ 무선랜 ] 

• Wi-FI : 비영리 기구인 Wi-Fi Alliance의 상표로 전자기긱들이 무선랜에 연결할 수 있게하는 기술
• 무선랜 구성
  • WIPS (Wireless IPS), AP (Access Point)
  • 고려사항 : AP의 반경과 동시접속 단말기 개수, 802.11 무선랜 규격 확인