네트워크 유지보수·관리 [물리 계층(장비)]

앞서 설명했던 OSI 7 Layer에서 1계층인 물리계층은 비트형태의 신호를 전기적 신호로 변환하고 변환한 전기적 신호를 전달하는 역할을 한다.

OSI 7 Layer 와 TCP/IP 의 차이

그 과정에서 필요한 장비로는 Cable, Connector, Repeater, Hub 등이 있다. 

먼저

- Cable & Connetor

  · 네트워크에서 물리적으로 장비를 연결하는 매체
  · 네트워크 장비나 컴퓨터들 사이에서 전기적 신호를 전송
  · 케이블 종류에 따라 사용하는 커넥터의 종류가 달라진다.

- 통신 Cable의 종류

  · 동축 케이블(Coaxial cable)
   >동심원의 중심에 있는 구리선이 매체가 되는 케이블
   >10Mbps를 지원하는 Ethernmet환경에서 사용되었음.
      **1bps = 1bit per second

  · 꼬임쌍선 케이블(Twisted-Pair cable =TP cable)
   >현재 LAN구성에 일반적으로 사용되는 케이블
   >내부에 8가닥의 구리선이 한 쌍씩 꼬여져서 구성됨

  · 시리얼 케이블(Serial cable)
   >직렬 포트를 서로 연결하여 통신
   >일반적으로 WAN 연결에 사용

  · 광 케이블(Fiber-Optic cable)
   >빛 신호를 이용하여 데이터를 전달하는 케이블

- 꼬임 상선 케이블(TP cable)

  ·8개의 구리선을 두 개씩 꼬아서 사용하는 방식
  ·Shielded TP(STP) 와 Unshielded TP(UTP) 로 나뉘어짐

  ·Unshielded TP(UTP)
   >쉴드 기능이 없는 일반적인 TP cable
   >처리가 간단하고 값이 싸서 빠른 전송이 필요 없는 Ethernet의 LAN 용도에 표준으로 사용됨
   >EIA(Elctronic Industries Alliance)에서 UTP Cable Category 라는 표준 규격을 제시함

Category	지원 속도	사용 환경
CAT 1	1Mbps 미만	아날로그 음성(전화) ISDN BRI 연결용
CAT 2	4Mbps	IBM의 Token Ring
CAT 3	16Mbps	10BaseT Ethernet
CAT 4	20Mbps	16Mbps Token Ring
CAT 5	100Mbps	100Mbps Fast Ethernet
CAT 5e	1000Mbps(=1Gbps)	1000Mbps Gigabit Ethernet
CAT 6	200MHz ~ 250MHz	1000Mbps 아날로그 신호
CAT 7	600MHz	4개의 개별 쉴드 처리된 STP

  ·Shielded TP(STP)
   >은박지를 사용해 외부 저항을 줄여주는 기능 추가
   >신호 손상을 줄여 더 먼 거리로 데이터 전송 가능
   >단가가 높음

 

Shielded twisted pair(STP) & Unshielded twistsed pair(UTP)

 

 

- 꼬임 쌍선 케이블용 커넥터 = RJ45

  ·8개의 구리선을 연결할 수 있게 8개의 핀으로 구성되어 있음
  ·암커넥터의 내부 핀은 장비가 만들어질 때 역할이 정해짐
  >TD(Transmit Data): 데이터를 전송하는 역할
  >RD(Receive Data): 데이터를 받는 역할
  >TD+로 전송되는 데이터는 RD+로, TD-로 전송되는 데이터는 RD-로 받아야한다.

 

핀 배치가 서로 다른 장비 / Switch(좌) & Router(우)

 

따라서 핀 배치에 따른 Cable 종류가 있는데

Straight cable은 핀 배열이 다른 장비끼리 연결할 때 사용하는데
ex) Router & Switch , Switch & Computer, Hub & Computer, ...

 

Router & Switch  /  Straight cable

 

Crossover Cable은 핀 배열이 같은 장비끼리 연결할 때 사용한다.
ex) Router & Router, Switch & Switch, Switch & Hub, ...

 

Router & Router  /  Crossover cable

 

패킷 트레이서(Packet Tracer)를 통해 Straight cable과 Crossover cable을 테스트해보자.

참고로 패킷 트레이서는 교육과 실습, 단순 컴퓨터 네트워크 시뮬레이션을 위한 시스코의 라우터 시뮬레이터이다.

패킷 트레이서 최신버전 설치하기 (+ 회원가입)

패킷트레이서 설치 및 가입은 이 글을 참고해주세요.ㅎㅎ

[패킷트레이서] 실선: Straight cable & 점선: Crossover cable

Router끼리 Straight cable로 연결 시 빨간불이 들어오며 연결이 안됨

Router끼리 Crossover cable로 연결 시 초록불이 들어오며 연결이 됨

 

이처럼 핀 배열이 같은 장비끼리는 Crossover cable, 핀 배열이 다른 장비끼리는 Straight cable을 연결해야합니다.

 

-Serial Cable

  ·직렬 케이블
  ·예전 WAN통신에서 모뎀과 네트워크 장비를 연결하기 위해 사용됨
  ·Connector의 역할이 DCE와 DTE로 정해져 있음.
   >DCE: Clock Signal을 보내는 장비
   >DTE: Clock Signal을 받는 장비

-Clock Signal

  ·논리 상태 H(=high, 논리 1)와 L(=low, 논리 0)이 주기적으로 나타나는 방형파 신호
  ·한 bit의 크기를 알려주기 위해 사용
  ·LAN: Manchester Encoding 방식을 사용해 Clock Signal과 Data Signal을 한 번에 전송
  ·WAN: Data Signal 외 DCE에서 Clock Signal을 주기적으로 전달하여 bit 간격을 동기화

 

Clock Signal

 

 

-Cable Type 명명법

   ·케이블의 종류, 속도, 신호의 종류를 알 수 있게 타입을 분류한 명명법이다.
   ex) 10 BASE T      10: Bandwidth(Mbps)   BASE: Signal Type   T: Cable Type(Max Distance)

  ·Bandwidth
   >케이블을 통해 초당 전달할 수 있는 데이터의 양
   >전송 속도를 측정하는 단위
  ·Signal Type
   >Baseband: Digital Signal  - LAN, WAN(전용선)
   >Broadband: Analog Signal - WAN(공용선)
  ·Cable Type
   >케이블의 종류와 단일 케이블로 연결할 수 있는 최대 연장 거리
   >Number(2 or 5) - Coaxial cable (2: 185m, 5: 500m)
   >T, Tx - Twisted-pair cable(100m)
   >F, Fx - Fiber-Optic cable(Variable)

 

-Hub 통신 방식

  ·모든 회선을 연결된 호스트들이 공유
  ·Hub에 연결된 호스트들은 회선을 사용하기 위해 경쟁하게 됨
  ·Hub는 Inbound Packet을 모든 포트로 Flooding함 

 

-신호 전달 방식

   ·Simplex
   >단 방향 신호 전달 방식                 A --> B
   >한 방향으로만 신호 전달 가능
   > ex) 방송국, 일방통행 도로

  ·Half-Duplex
   >반 이중 신호 전달 방식                 A <-> B
   >양쪽 전송이 가능하지만 한 순간에 한 방향으로만 신호 전달 가능
   >Hub의 기본 신호 전달 방식
   > ex) 무전기, 1차선 도로

  ·Full-Duplex
   >전 이중 신호 전달 방식                  A <-- 
   >동시에 양 방향으로 신호 전달 가능     --> B
   >Switch의 기본 신호 전달 방식
   > ex) 전화기, 2차선 도로

 

-Hub 통신의 문제점

  ·Half-Duplax 통신만 지원되므로 경쟁을 통해 매체를 이용하는 환경에서는 신호의 충돌이 발생할 가능성이 존재함.

  ·Collision Domain
   >Half-Duplex 환경에서 동시에 양방향으로 데이터가 전송되는 경우 충돌이 발생
   >신호 충돌이 발생하는 영역을 Collision Domain이라 함

  ·해결 방법
   >CSMA/CD 기법
   >Switch 등 2계층 이상의 장비 사용 (Full-Duplex로 동작)

 

-CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect)

  ·Collision Domain에서 매체 접근의 우선순위를 지정해 충돌을 예방하고 충돌이 발생한 경우 해결방법을 제시하는 기법

  ·CSMA(Carrier Sense Multiple Access : 매체 사용 감지)
   >충돌 예방
   >매체 감지 신호를 통해 매체 사용 가능 여부를 확인하고 신호를 전달
   >매체 사용을 감지하면 일정한 대기 시간 후 다시 확인하고 전달 함

  ·CD(Collision Detect : 충돌 감지)
   >충돌이 감지된 경우 재충돌을 방지
   >충돌을 감지한 장비에서 충돌 감지 신호를 전달하여 호스트에게 데이터 전송 중지를 알림