Physical Layer(1계층)-데이터 동기화/대역폭/케이블

데이터 동기화

Physical Layer는 상위 계층으로 부터 받은 데이터를 비트(0과 1)로 변환하여 전송한다.

여기서 0과 1은 ON/OFF의 개념이다. 그렇다면 여기서 의문이 생긴다. 연속해서 0이 나오면 어떻게 표현 할 수 있을까? (OFF 상태에서 또 OFF를 할 수 없으니)

답은 clock signal로 해결한다.

clock signal -> 0과 1이 반복하는 신호를 준다. 컴퓨터는 해당 신호로 시간을 인식 할 수 있다. 즉 시간을 알고 있기에 계속해서 OFF 상태면 시간으로 연속해서 0이라는 것을 안다.

그림을 보면 0 혹은 1이 연속해서 3번이 온다. 즉 계속해서 off 상태이다. 하지만 clock signal이 0과1을 반복 할 때마다 data siganal을 check해서 0이 세번왔음을 알 수 있다.

이러한 clock signal은 WAN환경에서 구축한다. 

LAN 환경에서는 clock 신호와 data 신호를 합친 신호를 사용한다.

대역폭

대역폭은 한번에 전송 할 수 있는 데이터 량을 뜻한다. 양이지만 단위는 주로 bps 즉 시간 단위당 속도를 사용한다.

케이블 종류

당연히 네트워크를 연결하기 위해서 랜 케이블이 필수적이다. 랜 케이블은 용도에 따려 여러가지로 구분된다.

가장 많이 사용되는 것이 Twisted Pair이다. Twisted Pair은 여덣개의 선을 사용하며 각 선마다 역할(수신, 송신)이 나누어져있다. 일반적으로 사용하는 이더넷(100mbps)의 경우 이 중 4개만 사용하며, 기가비트 이더넷(1gbps)의 경우 8개의 선 모두 사용한다. 해당 선의 피복을 벗긴 후 RJ-45커넥터를 연결하여 사용한다.

여덞개의 선은 각각 흰색+주황, 주황, 흰색+초록, 초록, 흰색+파랑, 파랑, 흰색+갈색, 갈색 여덞가지 색깔로 구분된다.

일반적인 이더넷은 8개중 4개의 케이블만 사용한다고 했다. 이는 1,2,3,6번 케이블을 사용하며 색깔로는 주황색계열과 초록색 계열을 사용한다. 이때 주황색 계열이 송신일 경우 초록색 계열은 수신, 초록색 계열이 송신일 경우 주황색 계열을 수신으로 사용한다.

즉 1,2번이 흰+초, 초록인 경우 3,6번에는 흰+주 주황이 온다. 이와 반대로 1,2번이 흰+주, 주황인 경우 3,6번은 흰+초 초록이 온다.

서버, PC, 라우터의 경우 1,2번이 송신이고 3,6번이 수신이다.

반대로 SWITCH,HUB 같은 경우 1,2번이 수신이고 3,6번이 송신이다.

한 쪽 1,2번이 송신이면 다른 쪽 1,2 번은 수신이어야 한다. 반대로 한 쪽 3,6번이 송신이면 다른 쪽 3,6번이 수신이 된다.

스위치의 경우 1,2번이 수신이고 PC의 경우 1,2번이 송신이다. 고로 스위치의 1,2번과 PC의 1,2번은 같은 색깔로 연결한다. 이를 다이렉트 케이블이라 한다. 즉, 한쪽 색깔 순서와 그 반대쪽 색깔 순서가 일치하는 것을 다이렉트 케이블이라한다.

반대로 PC와 라우터의 경우 양쪽 다 1,2번이 송신이다. 고로 한 쪽 1,2번이 주황색이면 다른 쪽 1,2번은 초록색으로 연결해야한다. 이를 크로스오버케이블이라 한다. 즉 크로스오버 케이블은 한 쪽 1,2번의 색깔이 다른 반대쪽 3,6번의 색깔이 된다.  

TP 케이블은 크게 두가지로 구분된다.

-UTP: Unshielded Twisted Pair이라 한다. 일반적으로 사용하는 랜선이 보통 UTP에 해당한다. 만들기도 간편하고 성능 또한 우수하다.

-STP: Shielded Twisted Pair의 준말이다. 일반적인 UTP보다 안정적이며 장거리 전송이 가능하다. 그러나 만들기도 UTP에 비해 까다롭고 가격 또한 비싸다.

coaxial 케이블은 동축케이블이라 한다. 구리선이 하나 밖에 없는 것이 특징이다. 즉 길이 하나이기에 단방향 통신에서 사용한다. 내구성이 높고 유연하다는 장점을 가지고 있다.

fiber optic 케이블은 구리가 아닌 광섬유를 사용하는 케이블이다. 속도와 전송거리 모두 우수하나 비용이 비싸다. 광섬유의 굵기가 굵은 것을 multi 모드 좁은 것을 single 모드라 한다. sc 혹은 lc 커넥터를 연결하여 사용한다.

네트워크에서 가장 많이 사용되는 선이 UTP이다. 이 UTP는 대역폭에 따려 여러가지로 범주화 된다.

이것을 케이블 카테고리라 한다.

케이블 카테고리는 각 전화선, 토큰링, 이더넷 등의 여러가지 기능을 각각 범주화 시켜놓은 개념이다.

카테고리 5는 현재 대중적으로 사용되는 패스트 이더넷을 대표한다.