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별걸다하는 IT/네트워크_소켓_통신

[네트워크 OSI 7계층] 1계층 물리계층에 대해 살펴보자. Physical Layer 피지컬계층!

안녕하세요 양햄찌 블로그 주인장입니다.

정~~말 오랜만에 돌아온 네트워크 포스팅이죠!!

 

저번시간에는 OSI 7계층이 뭔지! 이게 대체 왜 필요한건지!! 

여러개로 대체 왜 쪼개놓은건지! 전체적인 그림을 훑어봤었어요. 

오늘은 통신의 맨 아래 단계에 있는, 제 1계층에 대해 알아보겠습니다.

 

기존에 살펴봤던 OSI 7계층 이해하기 관련 포스팅을 아직 못보신 분들은 아래 링크를 참고해주세요 

▼OSI 7계층 모델 완벽 이해: jhnyang.tistory.com/194

 

[네트워크 network] OSI 7계층 모델 완벽 이해- 이유를 알고 개념을 이해하고 전체 보기(7 layer)

안녕하세요~~! 맨날 운영체제 리눅스 관련 글만 쓰다가 처음쓰는 네트워크 글이네요! 원래 네트워크도 굉장히 좋아했는데,,, 포스팅 쓰는게 아무래도 쉽게 되는게 아니다보니 미루고 미뤄지다

jhnyang.tistory.com

 

제 1계층 물리계층에 대해서 (Pyhysical Layer)

네트워크라는 건 결국 아무리 멀리 떨어져 있는 지구 반대편에 있는 외쿡인과도 내가 쉽게 소통이 될 수 있게 해주는,  한마디로 어찌보면 우편 같은거죠.

 

통신을 하려면 가장 기본적으로 뭐가 있어야 할까요? 

해리포터에서 부엉이가 편지를 갖다줬던, 말을 타고 갔다줬던 결국 통신이라는건 매체가 있어야 합니다. 우리가 흔히 사용하는 매체는 전도성이 좋은 구리죠.

사진출처: https://study.com/academy/lesson/physical-layer-of-the-osi-model-definition-components-media.html

물리계층! 이름에서 짐작할 수 있듯이 우리는 전기 신호를 보내고 받을 수 있는 매체가 당연히 필요합니다. 

신기한건!! 컴퓨터는 전기로 데이터를 정의하는데, 전기가 흐르지 않는다, 전기가 흐른다 이 두가지 밖에 없다는거!! 그래서 컴터 언어는 이진수체계라고 하죠. ㅎㅎ 전기적 특성 ON(1) 과 OFF (0) 두 가지 만으로 이렇게 내가 포스팅을 쓰고 사람들이 공유해서 보고, 아니면 저 멀리 있는 지구 반대편 사람과 메일을 보내고, 메일을 받고..  이게 가능하다니 너무 신기하지 않나요?!?!

 

이런 이진 데이터정보를 어떻게 했길래, 신호가 되어 저 멀리있는 사람과 통신할 수 있는걸까??

이런 걸 설계하고 고민하는 계층이 바로 물리적계층입니다. ㅎㅎ 밑에서 좀 더 자세하게 알아볼게요.

아 그리고 물리계층은 영어로 PHY로 시작하기 때문에 파이라고 부르기도 해요 ㅎㅎ

 

물리계층 좀 어렵게 자세히 들여다보기?

아 그래서 0101등 이런 이진수를 어케 전달한다는건데요? 물리계층이 뭐하는건데요?? 너무 추상적인거 아닙니까!!

뭐 이렇게 생각하시는 분들이 있을 수 있겠죠!

조오금더 들어가 봅시다.

컴퓨터는 0과 1만 가지고 1001001010 이런식으로 데이터를 표현한다는거 알고 계시죠? 

결국 이렇게 0하고 1만으로 이루어진 디지털 시그널을 전압으로 전달을 해야 그 신호를 가지고 우리가 주고받을 수 있는거예요! 또 반대로 받았다면 전압 파형을 디지털 시그널로 바꿔야 하겠죠.

디지털 시그널 사진 (파란색) 보면 곡선이 없고 직선으로 튀어나오거나 들어가거나 두 가지 경우밖에 없잖아요. 이게 바로 ON/OFF 두가지 상태를 표현한거죠. 

 

자세한 방법은 나중에 신호 쪽 포스팅에서 다뤄보도록 하고,

암튼 요렇게 1과 0을 어떻게 파형으로 표시하는가! 또는 반대로 이런 곡선을 저렇게 ON/OFF 두가지 상태만을 갖는 디지털 신호로 바꾸는가! 

 

결국 요런 작업들, 전기적 특성을 이용해 신호를 만드는거 이런 역할이 물리계층입니다. 

고주파, 사인파, 정형파 구형파 여러개가 있어요 ㅎㅎ .

머리아프죠 ㅎㅎ 저도 아픕니다. (어차피 나중에 신호쪽에서 배우게 되어이써요, 실무에 안쓰니 까먹은상태... 하하)

 

머 암튼 이렇게 컴퓨터 주변기기하고 통신할 때 이런 신호를 사용할 수 있는데

먼거리 통신할 때에는 바이폴라 인코딩으로 직류성분을 발생시키지 않게 해 장거리나 원거리 통신에 유용한 방식을 쓴다던가..

 

중간 중간 어떤 바람이던, 외부자극이던, 다른 통신의 간섭이던 신호가 왜곡되기도 하고 감쇠가 되기도 하고 지연도 생기는데 이에 강한 통신 방법은 없는지..

전송측과 수신측하고 한 비트 한 비트 정확하게 동기화를 맞춰서 통신을 가능케 한다던지,,

주파수 어쩌구 저쩌구 신호는 아주 넓은 영역이죠!

 

복잡하지만 대강 요약하자면, 이진 데이터를 어떤 시그마로 만드느냐!! 

신호를 주고받기 위한 전기적, 과학적, 전파적 이런 특성을 정의하는 계층이 제 1계층 물리적 계층입니다.

 

물리 계층은 어떤 하나의 네트워크에서 기본 네트워크 하드웨어 전송기술들로 구성된다. 네트워크의 높은 수준의 기능의 논리 데이터 구조를 기초로 하는 필수 계층이다. 다양한 특징의 하드웨어 기술이 접목되어 있기에 OSI 아키텍처에서 가장 복잡한 계층으로 간주한다. from 위키백과

 

왜 복잡한 계층인지 읽고나니 느낌이 오죠 ㅎㅎ 

뭐 우리가 크게 신경 안썼던 랜선케이블 대게 하찮아보였는데!! (미안..)

결국 얘네가 물리계층에 해당하는 장비고 얘네를 통해서 신호가 왔다갔다 하죠 ㅎㅎ

물론 이렇게 물리적인 거 외에도 와이파이 블루투스 등 공기가 전달 매체인 경우도 다 포함! 요런 통신의 가장 물리적인 부분에 위치한 게 물리계층입니다.

 

물리계층 특징을 정리해놓은 그림인데요

저기 보이는 Encoding이라는 단어는, 위에서 이미 설명드렸던, 이진데이터를 어떤 시그마로 만드느냐 이걸 인코딩 기술이라고 해요. 즉 사진에 보이는 Encoding은 제가 앞에서 설명드렸던 대강 그런 느낌이구나 이해하시면 돼요 :) 

 

물리계층에서는 미디어 타입을 describe합니다. 

크게 유선은 구리와 광섬유~~ 무선은 air interface 즉 공기, 그게 다랍니다. ㅎㅎ

물리 계층의 이런 특성을 정의하는 표준이 있어요. 어떠한 매체를 쓰고 여기서는 어떠한 인코딩을 써라 라고 정해준 그런 표준말이예요! 그래야 누가 장치를 만들던지 간에 표준에 따라서 만들어야 통신이 되겠죠?

 

물리계층에서 가장 많이 고민하는 사항은 대역폭과 전송효율입니다.

100 보냈는데 80 받는다, 100 보냈는데 90 받았다 전송효율이 어떤게 좋은가 이런게 전송효율이죠.

 

물리적 계층에 해당하는 장비 (매체)

물리적 계층에 해당하는 장비로는 

통신케이블(통축케이블, 광섬유), 리피터, 허브, 모뎀 등이 있습니다.

요 아이들에 대해서는 나중에 또 자세히 알아보게 될거예요.

 

물리적 계층 정리

[↓네트워크 디자인, 시스코 네트워킹, 정보기 서적 참고]

- 물리적 계층에서는 주로 전기적, 기계적, 과학적, 기능적인 등 이러한 특성을 이용해 통신 케이블로 데이터를 전송합니다.

- BIT BY BIT DELIVERY!

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트입니다. 비트는 1과 0으로 나타내어지는 전기적 온 또는 오프 상태를 의미합니다.

- 물리적 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할 뿐 이 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지, 어떻게 보내는 것이 더 효과적인지 하는 것은 전혀 관여하지 않습니다.

- 물리계층은 미디어 타입, 커넥터 타입, 신호표현 방법, 즉 시그널링, 속도 등을 정의합니다. 

- 미디어는 장비와 장비 사이의 전달 메체로 무선인 경우에는 공기이고 유선인 경우에는 UTP 또는 STP 케이블이나 광케이블등을 말합니다. 

- 당연히 두 기기가 1과 0을 구분할 수 있도록 두 기기의 물리적 계층이 신호 규칙에 합의해야 합니다. 

- 전기적, 기계적 연결 정의, 실제 데이터 비트 전송

- 전기적 신호, 전압구성, 케이블, 인터페이스등을 구성.

- Data Rates, line noise, 동기화 기능 수행.

 

정리본만 보면 어려울 수 있지만, 앞의 내용들을 읽고 정리한 내용을 보면 이해가 될거라고 생각해요 ㅎㅎ

솔직히 감을 좀 더 가깝게 잡아보라고 약간 어려운 주제도 끼워넣어봤는데요, 전체적인 숲을 보는 단계니까 아 대강 이런거구나~~~ 감만 가지고 계셔도 됩니다.

 

오늘은 첫 번째 물리계층 Physical layer에 대해 알아봤습니다.

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그럼 다음 포스팅에서 또 뵐게요~~

  • madamalice 2020.12.25 05:08

    인문학 전공의 기알못인데, 쉽게 정리해주신 것 보고 조금은 이해가 되었습니다. 감사합니다.

  • one 2021.02.09 21:07

    좋은 글 감사합니다!!! 서버개발자 면접 대비용으로 osi 7계층 구글링 하다가 들어왔는데 설명이 너무너무 쉽고 재미있게 읽히네요ㅠㅠㅠ 혹시 다음 편은 언제쯤 또 올려주실 수 있을까요? 하트도 누르고 광고도 몇 개 눌러보고 갑니다ㅠ_ㅠ

  • ANDAMIRO 2021.02.28 14:09

    네트워크를 공부중인 고등학생입니다
    처음 보는 사람도 한번에 이해가 될 만큼 설명을 너무 잘 해주셔서 감사합니다.. 다음 편 기다릴게요..!

  • 나그네 2021.03.10 02:23

    우와 마치 장기 연재글 같군요