[OSI 7계층] 물리 계층(Physical Layer)

오늘은 OSI 7계층 중에서도 가장 기반이 되는 1계층인, "물리 계층(Physical Layer)"에 대해서 설명해보겠습니다.

 

 

1. 물리 계층이란?

물리 계층은 이름 그대로 네트워크의 물리적인 연결을 담당하는 계층입니다.

물리 계층('데이터통신', 오창환 저, 한국학술정보(주))

우리가 컴퓨터에 입력하는 데이터, 영상, 이미지 등은 결국 컴퓨터 내부에서는 0과 1이라는 숫자의 나열로 처리됩니다. 물리 계층은 0과 1의 비트를 전기적, 광학적 신호로 변환하여 실제 케이블을 통해 옆 컴퓨터로 실어 나르는 역할을 합니다.

 

쉽게 비유하자면 저희가 쿠X이나 무신X에서 상품을 주문했을때 주문한 상품을 실어 이동하는 배송 트럭이나 아스팔트 도로 자체를 의미한다고 볼 수 있습니다.

 

 

 

 

2. 물리 계층의 특징

• 데이터 단위는 비트(Bit) : 물리 계층은 데이터가 어떤 내용인지, 에러가 있는지 전혀 신경 쓰지 않습니다. 오직 "0과 1의 비트를 어떻게 신호로 만들어서 보낼 것인가"에만 집중합니다.
• 에러 제어 기능 부재 : 그저 신호를 전달할 뿐, 전송 중에 신호가 끊기거나 데이터가 손상되는 것은 상위 계층에서 처리하도록 맡깁니다.
• 하드웨어 기술 : 소프트웨어적인 로직보다는 케이블의 재질, 커넥터의 모양, 전압의 크기 등 하드웨어적인 규격과 밀접하게 연관되어 있습니다.

 

3. 물리 계층의 대표적인 장비

물리 계층을 구성하는 대표적인 요소들은 우리 주변에서도 흔히 볼 수 있는 것들입니다. 크게 전송 매체와 하드웨어 장비로 구분할 수 있습니다.

 

전송 매체 

전송 매체는 크게 유도 매체(guided media)와 비유도 매체(unguided media)로 나눌 수 있습니다. 쉽게 얘기해보면 유도 매체는 유선 매체, 비유도 매체는 무선 매체입니다. 유도 매체는 광섬유 케이블, 꼬임쌍선 혹은 동축케이블 같은 견고한 매체를 따라 파형을 유도하며, 비유도 매체는 무선 랜 혹은 디지털 위성 채널의 경우처럼 대기와 야외 공간으로 파형을 전파합니다.

왼쪽부터 꼬임쌍선, 광섬유, 트위스티드 페어, 무선 매체

 

• 꼬임쌍선(Coaxial Cable): 일반적으로 여러 쌍이 보호물에 쌓여 한 케이블 안에 함께 묶여있습니다. 이러한 한 쌍의 선이 하나의 통신 링크를 구성합니다.

• 트위스티드 페어(UTP 케이블): 우리가 흔히 말하는 '랜선'입니다. 구리선을 꼬아서 만듭니다.
• 광섬유(Fiber Optic) : 전기 대신 빛을 깜빡여서 데이터를 전송합니다. 속도가 매우 빠르며 장거리 전송에 유리하다는 특징이 있습니다.
• 무선 매체 : 와이파이나 전파처럼 공기를 매체로 하여 신호를 전달합니다.

 

하드웨어 장비

• 통신 케이블 및 커넥터: 랜선 끝에 달린 투명한 플라스틱 잭
• 리피터 : 케이블의 길이가 길어지면 전송되는 전기 신호가 약해져 데이터 손실이 발생할 수 있습니다. 리피터는 감쇄된 신호를 수신하여 원래의 세기와 형태로 다시 증폭하여 먼 거리까지 전송할 수 있게 해줍니다.
• 허브 : 여러 대의 컴퓨터를 연결하여 네트워크를 구성하는 장비입니다. 허브는 한 포트에서 들어온 데이터를 나머지 모든 포트로 복제해서 뿌려줍니다. 

추가적으로 허브에는 치명적인 단점이 한가지 있습니다. 그것은 바로 "콜리전 도메인(Collision Domain)"입니다. 허브 내부에서 하나의 통로를 사용하면서 발생합니다.

• 충돌(Collision) : 허브에 연결된 모든 장비는 하나의 통로를 공유합니다. 만약 두 대의 컴퓨터가 동시에 데이터를 보내면 전기 신호가 서로 엉켜서 깨지는 현상입니다.
• 공유 대역폭 : 간단히 예를 들어, 100Mbps 허브에 5대의 컴퓨터가 연결되어있다고 가정하여봅시다. 각 컴퓨터는 20Mbps씩 나누어 쓰게 됩니다.(한 번에 한 대만 보낼 수 있기 때문)