01 OSI - 물리계층

1. 물리계층

1. 물리계층 개요

• 네트워크 7계층 중 가장 하위 계층
• 비트 단위의 데이터를 전기적/광학적 신호로 변환하여 전송
• 상위 계층의 논리적 데이터를 실제로 전송 가능한 상태로 처리

2. 물리계층의 역할

• 0과 1로 구성된 데이터를 전기 신호(또는 광신호 등)로 바꾸어 전송
• 전송된 신호를 다시 0과 1의 비트열로 복원
• 하드웨어적 연결 요소들(케이블, 커넥터, 리피터, 허브 등) 관리

2. 전송 매체

1. 전송 매체

• 데이터를 운반하는 “길”인 케이블 종류별 특성 비교
• 전송 매체는 속도, 거리, 가격, 신뢰성 등의 트레이드오프에 따라 선택

2. 종류

• 유선 매체

  유형	설명
  UTP (Unshielded Twisted Pair)	전화선, 이더넷 등에서 사용, 저렴하고 설치 쉬움
  STP (Shielded Twisted Pair)	외부 잡음에 강한 차폐형 트위스트 페어
  동축 케이블 (Coaxial Cable)	TV, 일부 인터넷 회선에서 사용, 노이즈 저항 우수
  광섬유 케이블 (Fiber Optic Cable)	빛으로 신호 전송, 매우 빠르고 긴 거리 전송 가능, 고비용
  직렬/병렬 케이블	고전적인 컴퓨터 간 연결 방식 (현재는 거의 사용되지 않음)

• 무선 매체

  유형	설명
  RF (Radio Frequency)	무선 LAN, 라디오, TV 등에서 사용되는 일반적인 전파
  마이크로파 (Microwave)	중계기를 통해 고속 통신, 위성/지상 통신에 사용
  적외선 (Infrared)	리모컨, 근거리 무선 통신에 사용, 장애물에 약함
  위성 통신 (Satellite)	인공위성을 통한 장거리 전송에 적합
  블루투스 (Bluetooth)	근거리 무선 연결, 저전력 소비
  Wi-Fi (WLAN)	IEEE 802.11 표준 기반 무선 LAN

3. 리피터와 허브

1. 리피터 (Repeater)

• 문제 상황
  • 네트워크 신호는 케이블을 따라 전송되면서 점점 약해짐(감쇠 현상 발생).
  • 이로 인해 일정 거리 이상 신호가 제대로 전달되지 않음.
• 리피터 역할
  • 약해진 신호를 받아들임.
  • 신호를 원래 상태에 가깝게 증폭 및 재생성함.
  • 재생된 신호를 다음 구간으로 보냄.
• 특징
  • 단순히 신호만 증폭하고 재전송함.
  • 데이터 내용이나 주소 정보는 해석하지 않음.
  • 주로 케이블 거리 제한을 넘길 때 중간에 설치됨.

2. 허브 (Hub)

• 문제 상황
  • 여러 컴퓨터를 하나의 네트워크로 연결하려고 함.
• 허브 역할
  • 여러 장치를 물리적으로 연결하는 중앙 집중 장치 역할 수행.
  • 한 포트에서 들어온 신호를 모든 포트로 그대로 전송(브로드캐스트)함.
  • 네트워크 내 모든 장치가 데이터를 받도록 함.
• 특징
  • 신호를 단순 복제해서 재전송함.
  • 데이터 패킷 내 주소 정보(예: MAC 주소)를 인식하지 못함.
  • 네트워크 충돌 가능성이 높아 효율성이 낮음.
  • 현재는 거의 스위치(2계층)으로 대체됨.

4. 네트워크 토폴로지

1. 네트워크 토폴로지

• 컴퓨터나 네트워크 장비들이 물리적 또는 논리적으로 어떻게 연결되어 있는지, 즉 네트워크의 구조나 배열 방식
• 여러 장치가 서로 어떤 식으로 연결되어 데이터를 주고받는지 “배선도”나 “배치도”

2. 네트어크 토폴로지 종류

토폴로지 종류	설명	장점	단점
라인형 (Bus)	하나의 통신선(버스)에 여러 노드를 직렬로 연결	설치 비용이 저렴함 구조가 단순함	한 지점 문제 시 전체 통신 장애 충돌 발생 가능
링형 (Ring)	노드들을 고리 형태로 연결하고 데이터가 순환함	충돌이 적고 전송 속도가 일정함 데이터 흐름 제어가 쉬움	한 노드나 연결선 장애 시 전체 영향 장애 탐지가 어려움
스타형 (Star)	중앙 장치(허브 또는 스위치)를 중심으로 각 노드가 직접 연결	장애 발생 시 다른 노드에 영향 없음 관리 및 확장이 쉬움	중앙 장치에 장애 발생 시 전체 통신 불가 허브나 스위치 비용이 발생함
트리형 (Tree)	스타형 구조를 계층적으로 확장한 형태, 루트 노드 중심 구조	계층적 네트워크 관리 가능 대규모 구성에 유리함	상위 노드 장애 시 하위 전체 영향 배선 및 구조 복잡
메시형 (Mesh)	각 노드가 여러 다른 노드와 직접 연결되어 있음	경로가 다수 존재하여 고가용성 장애 복원력이 우수함	연결이 많아 설치 복잡 비용과 자원 소모 큼