이전 시간에 OSI 7계층에 대한 전반적인 내용 알아봤습니다.
앞으로는 각 계층에 대해 자세히 알아보는 시간을 가지려고 합니다!
OSI 7계층에 대한 전반적인 내용은 이전 게시물을 참조해주세요.
[네트워크] OSI 7계층
OSI 7계층 - OSI(Open System Interconnection) 컴퓨터 사이에서 통신이 발생할 때 표준 프로토콜을 사용할 수 있도록 ISO(국제 표준화 기구)에서 개발한 개념적인 모델입니다. 여기서 프로토콜이란 통신을
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물리 계층
물리 계층은 데이터 전송에 초점이 맞춰진 계층입니다. 비트로 된 데이터를 전기 신호로 변환해야 하기 때문에 어떠한 기준으로 신호를 변환할지, 전송매체는 무엇을 사용할지 등에 대한 규칙을 정의하는 계층입니다.
그럼 지금부터 물리 계층에 대해 자세히 알아보겠습니다!
- 디지털 신호와 아날로그 신호
컴퓨터의 정보는 0과 1로 이루어진 2진수 기반으로 구성되어 있습니다. 따라서 데이터를 전송할 때도 2진수로 전송이 됩니다.
그렇다면 0과 1을 어떠한 방식으로 표현해서 전송할까요?
전기 신호가 들어오면 "1", 들어오지 않으면 "0"으로 해석해서 전송합니다.
아래와 같은 신호를 디지털 신호라고 하며, 해석하면 "1010101"이 됩니다.
하지만 전기 신호를 보내기 위해 전압을 올렸다 내렸다 하면 위의 그림처럼 각진 신호가 아닌 아래와 같은 연속적인 신호가 발생합니다.
이러한 신호를 아날로그 신호라 합니다.
아날로그 신호는 전압이 변하는 것을 표현한 신호입니다. 그림의 "1"처럼 전압이 낮은 곳이 0이고 "2"처럼 전압이 높은 곳이 1입니다. 그렇지만 실제 아날로그 신호는 그림처럼 완벽하게 전송되지 않을뿐더러 완벽하게 전송된다 하더라도 디지털 신호처럼 1과 0이 분명하지 않기 때문에 몇 V(볼트, 전압의 단위) 이상을 1로 볼지에 대한 규칙이 있어야 합니다. 그리고 이 규칙을 물리 계층에서 정의합니다.
(전압을 이용하는 유선 전송 매체가 아닌 무선 전송 매체의 경우 파장이 아날로그 신호에 해당합니다.)
- 데이터 전송 과정
위의 그림은 물리 계층에서 데이터가 전송되는 과정을 표현한 것입니다.
이전 시간에서 OSI 계층의 통신 과정을 설명할 때 데이터가 계층을 지날 때마다 헤더가 붙는다고 설명했습니다. 사실 물리 계층은 데이터 링크에서 받은 데이터에 헤더를 붙이지 않습니다. 1과 0로 표현된 데이터(프레임)를 받아 그대로 전송합니다.
데이터 링크에서 받은 데이터를 물리 계층에서는 비트라고 합니다. 비트를 디지털 신호로 해석한 뒤, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 케이블과 같은 전송 매체를 통해 수신 측의 물리 계층으로 전송합니다. 수신 측에 도착한 아날로그 신호는 다시 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호가 1과 0으로 해석됩니다. 해석된 데이터는 데이터 링크 계층로 보내집니다.
- 전송 매체
전송 매체는 데이터의 전송 능력, 전송 거리 등을 결정하는 요소로 유선과 무선으로 나눌 수 있습니다.
유선 |
TP 케이블(Twisted pair cable) | 선을 꼬아 만든 것으로 전송하면서 생기는 잡음을 어느정도 줄여주는 케이블로 가장 많이 사용됩니다. |
| 동축 케이블 | TP 케이블보다 더 좋은 처리 능력을 제공합니다. 잡음에 대해 매우 강하고, TV선으로 많이 사용됩니다. | |
| 광 케이블 | 유리 섬유로 만든 것으로 빛을 사용하는 케이블입니다. 이론적으로는 잡음이 0%인 케이블입니다. | |
| 무선 | 라디오파 | 라디오 방송에서 사용하는 전파와 같은 것으로, 특정 방향을 정하지 않고 모든 방향으로 전송이 가능합니다. |
| 마이크로파 | 유선 전송 매체를 사용하기 어려운 장소(사막, 강 등)에서 장거리 통신을 하는데 적합합니다. |
위의 표는 대표적인 유무선 전송 매체를 정리한 것으로 어떤 전송 매체를 사용할지를 물리계층에서 정의합니다.
(이러한 전송매체가 있구나 정도만 아시면 됩니다!)
- 장비
물리 계층에서 사용되는 대표적인 장비로는 허브와 리피터가 있습니다.
(1) 허브
여러 컴퓨터들을 연결하는 역할을 합니다. 허브 자체는 컴퓨터 주소를 저장 및 관리하지 않기 때문에 데이터가 들어오더라도 어느 컴퓨터로 보내야 하는지 몰라 브로드 캐스트를 합니다.
브로드 캐스트란 데이터를 모든 컴퓨터에 전송하는 것으로, A에서 B로 데이터를 보내는 경우 허브에서 B뿐만 아니라 다른 컴퓨터에도 모두 데이터를 보냅니다. B가 아닌 컴퓨터에서는 자신과 상관없는 데이터이기 때문에 자동으로 데이터를 폐기합니다.
(정확히 설명하면 자신에게 온 데이터인지 확인하는 것은 2계층인 데이터 링크 계층에서 확인합니다. 즉 물리 계층에서는 데이터를 전송하는 것까지만 관여하고 폐기할지 결정하는 것은 데이터 링크 계층에서 결정됩니다.
자신에게 온 데이터인지 확인하는 것은 다음 시간에 자세히 알아볼 것이니 지금은 "허브가 브로드캐스트를 하는구나"만 알면 됩니다!)
(2) 리피터
전송 매체 중간에 설치되며, 신호를 받으면 신호를 증폭한 후 다음 구간으로 전송해주는 장치입니다. 전송 매체를 통해 데이터가 전송되면서 조금씩 신호가 약해지는 데 리피터가 이를 해결함으로 데이터를 더 멀리 보낼 수 있습니다.
지금까지 물리 계층에 대해 자세히 알아봤습니다.
다음 시간에는 데이터 링크 계층에 대해 알아보겠습니다!
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