물리적 연결
집에 있는 로컬 프린터에 연결하든, 다른 나라에 있는 웹사이트에 연결하든, 네트워크 통신이 이루어지기 전에 로컬 네트워크에 대한 물리적 연결이 설정되어야 함, 물리적 연결은 케이블을 이용한 유선 연결이거나 전파를 이용한 무선 연결일 수 있음.
물리적 연결 유형은 네트워크 설정에 따라 차이가 있음. 예를 들어, 많은 기업 사무실에서는 직원들이 케이블을 통해 공유 스위치에 물리적으로 연결된 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터를 보유하고 있음. 이 유형의 설정은 유선 네트워크임. 데이터는 물리적 케이블을 통해 전송.
유선 연결 외에도 많은 기업에서는 노트북, 태블릿, 스마트폰에 대한 무선 연결도 제공
무선 라우터
1. 액세스 포인트
-> 구성 요소는 다음과 같음
- 무선 안테나
- 여러 이더넷 스위치포트
- 인터넷 포트
무선 라우터에 유선 연결
네트워크 인터페이스 카드
- 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 장치를 네트워크에 연결
- 이더넷 NIC는 유선 연결에 사용되는 반면, WLAN(무선 근거리 통신망) NIC는 무선에 사용
물리 계층
- OSI 물리 계층은 네트워크 미디어를 통해 데이터 링크 계층 프레임을 구성하는 비트를 전송하는 수단을 제공
- 이 계층은 데이터 링크 계층에서 완전한 프레임을 받아들이고 이를 로컬 미디어로 전송되는 일련의 신호로 인코딩
- 각 프레임의 비트를 나타내는 전기, 광학 또는 전파 신호를 생성
물리 계층 표준
상위 OSI 계층의 프로토콜과 작업은 소프트웨어 엔지니어와 컴퓨터 과학자가 설계한 소프트웨어를 사용하여 수행. TCP/IP 제품군의 서비스와 프로토콜은 IETF(Internet Engineering Task Force)에 의해 정의
- 물리 계층은 엔지니어가 개발한 전자 회로, 미디어 및 커넥터로 구성. 따라서 이 하드웨어를 관리하는 표준은 관련 전기 및 통신 엔지니어링 조직에서 정의하는 것이 적절
물리 계층 표준을 수립하고 유지하는 데에는 다양한 국제 및 국내 조직, 규제 정부 조직, 민간 기업이 참여
(예시)
- 국제표준화기구(ISO)
- 통신산업협회/전자산업협회(TIA/EIA)
- 국제전기통신연합(ITU)
- 미국표준협회(ANSI)
- 전기전자공학회(IEEE)
- 미국 FCC(Federal Communication Commission), ETSI(European Telecommunications Standards Institute) 등 국가 통신 규제 기관
물리적 구성요소
물리 계층 표준은 세 가지 기능 영역을 다룸.
- 물리적 구성요소
- 부호화
- 신호 보내기
부호화
- 인코딩 또는 라인 인코딩은 데이터 비트 스트림을 미리 정의된 "코드"로 변환하는 방법
- 예를 들어, 맨체스터 인코딩은 높은 전압에서 낮은 전압으로의 전환으로 0비트를 나타내고, 낮은 전압에서 높은 전압으로의 전환으로 1비트를 나타냄.
신호 보내기
물리 계층은 미디어의 "1"과 "0"을 나타내는 전기, 광학 또는 무선 신호를 생성해야 함. 비트가 표현되는 방식을 시그널링 방법이라고 함. 물리 계층 표준은 "1"을 나타내는 신호 유형과 "0"을 나타내는 신호 유형을 정의. 이는 전기 신호나 광 펄스 레벨의 변화만큼 간단할 수 있음. 예를 들어, 긴 펄스는 1을 나타내고 짧은 펄스는 0을 나타낼 수 있음.
대역폭
- 다양한 물리적 미디어는 다양한 속도로 비트 전송을 지원, 데이터 전송은 일반적으로 대역폭 측면에서 논의
-> 대역폭은 매체가 데이터를 전달할 수 있는 용량
- 일반적으로 초당 킬로비트(kbps), 초당 메가비트(Mbps) 또는 초당 기가비트(Gbps)로 측정
여러 요소의 조합에 따라 네트워크의 실제 대역폭이 결정.
- 물리적 매체의 속성
- 네트워크 신호 신호 전달 및 감지를 위해 선택된 기술
대역폭 예시
초당 비트 bps
1bps = 대역폭의 기본 단위
초당 킬로비트 Kbps
1Kbps = 1,000bps
초당 메가비트 Mbps
1Mbps = 1,000,000bps
초당 기가비트 Gbps
1Gbps = 1,000,000,000bps
초당 테라비트 Tbps
1Tbps = 1,000,000,000,000bps
대역폭 용어
대역폭 품질을 측정하는 데 사용되는 용어는 다음과 같음.
- 지연 시간
- 처리량
- 굿풋
지연 시간
- 지연을 포함하여 데이터가 특정 지점에서 다른 지점으로 이동하는 데 걸리는 시간
처리량
- 특정 기간 동안 미디어 전체에 걸쳐 비트가 전송되는 정도를 측정한 것
여러 요인으로 인해 처리량은 일반적으로 물리 계층 구현에서 지정된 대역폭과 일치하지 않음. 처리량은 일반적으로 대역폭보다 낮음. 처리량에 영향을 미치는 많은 요소가 있음.
- 교통량
- 트래픽 유형
- 소스와 대상 사이에 발생하는 네트워크 장치 수로 인해 발생하는 대기 시간
굿풋
- 특정 기간 동안 전송된 사용 가능한 데이터의 척도
구리 케이블링의 특성
- 구리 케이블링은 오늘날 네트워크에서 사용되는 가장 일반적인 유형의 케이블링. 실제로 구리 케이블링은 단순한 케이블 유형이 아님. 특정 상황에서 각각 사용되는 세 가지 유형의 구리 케이블이 있음.
구리 케이블을 사용하는 이유
- 네트워크는 저렴하고 설치가 쉬우며 전류에 대한 저항이 낮음. 그러나 구리 매체는 거리와 신호 간섭으로 인해 제한됨
- 데이터는 구리 케이블을 통해 전기 펄스로 전송
- 신호가 더 멀리 이동할수록 품질은 더욱 저하. 이를 신호 감쇠라고 함. 이러한 이유로 모든 구리 매체는 지침 표준에 지정된 엄격한 거리 제한을 따라야 함.
- 전자기 간섭(EMI) 또는 무선 주파수 간섭(RFI) - EMI 및 RFI 신호는 구리 매체에서 전달되는 데이터 신호를 왜곡하고 손상시킬 수 있음. EMI 및 RFI의 잠재적인 원인에는 전파와 형광등이나 전기 모터와 같은 전자기 장치가 포함.
- 누화 (Crosstalk ) - 누화는 한 와이어의 신호와 인접한 와이어의 신호의 전기장 또는 자기장으로 인해 발생하는 교란. 전화 회선에서 누화로 인해 인접한 회선에서 다른 음성 대화의 일부가 들리게 될 수 있음. 특히, 전류가 와이어를 통해 흐를 때 와이어 주위에 작은 원형 자기장이 생성되며, 이는 인접한 와이어에 의해 포착될 수 있음.
구리 케이블링의 유형
네트워킹에 사용되는 구리 미디어에는 세 가지 주요 유형이 있음.
비차폐 연선(UTP)
- UTP(Unshielded Twisted-Pair) 케이블링은 가장 일반적인 네트워킹 미디어임. RJ-45 커넥터로 종단 처리된 UTP 케이블은 네트워크 호스트를 스위치 및 라우터와 같은 중간 네트워킹 장치와 상호 연결하는 데 사용.
- LAN에서 UTP 케이블은 함께 꼬인 후 경미한 물리적 손상으로부터 보호하기 위해 유연한 플라스틱 외피로 싸여진 4쌍의 색상 코드 전선으로 구성. 전선을 꼬으면 다른 전선의 신호 간섭을 방지하는 데 도움이 됨.
STP(차폐 연선)
- UTP 케이블링보다 더 나은 노이즈 보호 기능을 제공. 그러나 UTP 케이블에 비해 STP 케이블은 훨씬 더 비싸고 설치가 어려움. UTP 케이블과 마찬가지로 STP도 RJ-45 커넥터를 사용.
동축 케이블
- 동축 케이블, 줄여서 동축이라는 이름은 동일한 축을 공유하는 두 개의 도체가 있다는 사실에서 유래. 그림과 같이 동축 케이블은 다음과 같이 구성
- 구리 도체는 전자 신호를 전송하는 데 사용.
- 유연한 플라스틱 절연층이 구리 도체를 둘러싸고 있음.
- 절연 재료는 회로의 두 번째 와이어 역할과 내부 도체의 차폐 역할을 하는 직조 구리 브레이드 또는 금속 호일로 둘러싸여 있습니다. 이 두 번째 층 또는 차폐물은 외부 전자기 간섭의 양도 줄여줌.
- 경미한 물리적 손상을 방지하기 위해 케이블 전체가 케이블 재킷으로 덮여 있음.
동축 케이블에 사용되는 커넥터에는 다양한 유형이 있음. Bayonet Neill–Concelman(BNC), N 유형 및 F 유형 커넥터가 그림에 표시되어 있음.
- 무선 설치 - 동축 케이블은 안테나를 무선 장치에 연결. 동축 케이블은 안테나와 무선 장비 사이에서 무선 주파수(RF) 에너지를 전달.
- 케이블 인터넷 설치 - 케이블 서비스 제공업체는 동축 케이블의 일부를 교체하고 증폭 요소를 광섬유 케이블로 지원하여 고객에게 인터넷 연결을 제공. 그러나 고객 구내 배선은 여전히 동축 케이블.
UTP 케이블링의 특성
- 네트워킹 매체로 사용되는 경우 UTP 케이블링은 함께 꼬인 다음 유연한 플라스틱 외장에 넣어진 4쌍의 색상으로 구분된 구리선으로 구성
- UTP 케이블은 EMI 및 RFI의 영향에 대응하기 위해 차폐를 사용하지 않음. 대신 케이블 설계자들은 누화의 부정적인 영향을 제한할 수 있는 다른 방법을 발견
- 취소 - 설계자는 이제 회로에서 와이어를 쌍으로 만듭니다. 전기 회로의 두 전선을 서로 가깝게 배치하면 자기장이 서로 정반대입니다. 따라서 두 자기장은 서로 상쇄되고 외부 EMI 및 RFI 신호도 상쇄됩니다.
- 전선 쌍당 꼬임 수 변경 - 쌍을 이루는 회로 전선의 상쇄 효과를 더욱 강화하기 위해 설계자는 케이블의 각 전선 쌍의 꼬임 수를 변경합니다. UTP 케이블은 케이블 미터(3.28피트)당 허용되는 꼬임 또는 편조 수를 규정하는 정확한 사양을 따라야 합니다. 그림에서 주황색/주황색 흰색 쌍이 파란색/파란색 흰색 쌍보다 덜 꼬인 것을 확인하세요. 각 색상 쌍은 서로 다른 횟수로 꼬여 있습니다.
UTP 케이블링 표준 및 커넥터
- 구리 케이블의 전기적 특성은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 정의. IEEE는 성능에 따라 UTP 케이블링을 평가. 케이블은 더 높은 대역폭 속도를 전달하는 능력에 따라 여러 범주로 분류.
예를 들어, 카테고리 5 케이블은 100BASE-TX 고속 이더넷 설치에 일반적으로 사용. 다른 카테고리에는 Enhanced Category 5 케이블, Category 6 및 Category 6a가 포함.
UTP 케이블의 세 가지 범주.
- 카테고리 3은 원래 음성 회선을 통한 음성 통신에 사용되었지만 나중에 데이터 전송에 사용.
- 카테고리 5와 5e는 데이터 전송에 사용됩니다. 카테고리 5는 100Mbps를 지원하고 카테고리 5e는 1000Mbps를 지원.
- 카테고리 6에는 더 높은 속도를 지원하기 위해 각 와이어 쌍 사이에 분리기가 추가. 카테고리 6은 최대 10Gbps를 지원.
- 카테고리 7은 10Gbps도 지원.
- 카테고리 8은 40Gbps를 지원.
직선 및 교차 UTP 케이블
배선 규칙을 사용하여 얻은 주요 케이블 유형
- 이더넷 직선형(Ethernet Straight-through) - 가장 일반적인 유형의 네트워킹 케이블. 일반적으로 호스트를 스위치에 연결하고 스위치를 라우터에 연결하는 데 사용.
- 이더넷 크로스오버 - 유사한 장치를 상호 연결하는 데 사용되는 케이블. 예를 들어 스위치와 스위치를 연결하고, 호스트와 호스트를 연결하고, 라우터와 라우터를 연결. 그러나 NIC가 매체 종속 인터페이스 크로스오버(자동 MDIX)를 사용하여 자동으로 케이블 유형을 감지하고 내부 연결을 설정하므로 크로스오버 케이블은 이제 레거시로 간주.
케이블 유형 및 표준
| 이더넷 스트레이트스루 | 양단 T568A 또는 양단 T568B | 네트워크 호스트를 스위치나 허브와 같은 네트워크 장치에 연결합니다. |
| 이더넷 크로스오버 | 한쪽 끝 T568A, 다른 쪽 끝 T568B | 두 개의 네트워크 호스트를 연결합니다. 두 개의 네트워크 중개 장치를 연결합니다(스위치에서 스위치로, 라우터에서 라우터로). |
| 롤오버 | 시스코 독점 | 어댑터를 사용하여 워크스테이션 직렬 포트를 라우터 콘솔 포트에 연결합니다. |
광섬유 케이블링
섬유 매체의 종류
- 단일 모드 광섬유(SMF)
- 다중 모드 광섬유(MMF)
단일 모드 광섬유
- SMF는 매우 작은 코어로 구성되며 그림과 같이 값비싼 레이저 기술을 사용하여 단일 광선을 보냄.
- 장거리 전화 통신 및 케이블 TV 애플리케이션과 같이 수백 킬로미터에 달하는 장거리 상황에서 널리 사용.
다중모드 광섬유
- MMF는 더 큰 코어로 구성되며 LED 이미터를 사용하여 광 펄스를 보냅니다.
- 최대 550미터의 링크 길이에 걸쳐 최대 10Gbps의 대역폭을 제공
광섬유 케이블링 사용
- 엔터프라이즈 네트워크 - 백본 케이블링 애플리케이션 및 인프라 장치 상호 연결에 사용.
- FTTH(Fiber-to-the-Home) - 가정과 중소기업에 상시 광대역 서비스를 제공하는 데 사용.
- 장거리 네트워크 - 서비스 제공업체가 국가와 도시를 연결하는 데 사용.
- 해저 케이블 네트워크 - 최대 대양 횡단 거리의 가혹한 해저 환경에서 생존할 수 있는 안정적인 고속, 고용량 솔루션을 제공하는 데 사용. 인터넷에서 "해저케이블 전신지도"를 검색하시면 다양한 지도를 온라인으로 볼 수 있음.
광섬유 커넥터
- ST(스트레이트 팁)
사용된 최초의 커넥터 유형 중 하나. 커넥터는 '트위스트 온/트위스트 오프' 총검형 메커니즘으로 안전하게 잠김
- SC
'사각형 커넥터' 또는 '표준 커넥터'라고도 함. 이 커넥터는 푸시-풀 메커니즘을 사용하여 확실한 삽입을 보장하는 널리 채택되는 LAN 및 WAN 커넥터. 이 커넥터 유형은 다중 모드 및 단일 모드 광섬유와 함께 사용
- LC 심플렉스 커넥터
SC 커넥터의 소형 버전. 이는 때때로 작은 또는 로컬 커넥터라고도 하며 크기가 작기 때문에 빠르게 인기를 얻고 있음.
- 이중 다중 모드 LC 커넥터
LC 단순 커넥터와 유사하지만 이중 커넥터를 사용
최근까지 빛은 광섬유를 통해 한 방향으로만 이동할 수 있었음. 전이중 작동을 지원하려면 두 개의 광섬유가 필요. 따라서 광섬유 패치 케이블은 두 개의 광섬유 케이블을 함께 묶고 한 쌍의 표준 단일 광섬유 커넥터로 마무리함. 일부 광섬유 커넥터는 그림의 이중 다중 모드 LC 커넥터에 표시된 것처럼 이중 커넥터라고 하는 단일 커넥터에서 전송 및 수신 광섬유를 모두 수용. 100BASE-BX와 같은 BX 표준은 단일 광섬유를 통해 보내고 받는 데 서로 다른 파장을 사용.
섬유 패치 코드
- 인프라 장치를 상호 연결하려면 광섬유 패치 코드가 필요. 색상의 사용으로 단일 모드와 다중 모드 패치 코드가 구분. 노란색 재킷은 단일 모드 광섬유 케이블용이고 주황색(또는 청록색)은 다중 모드 광섬유 케이블용.
섬유 대 구리
| 지원되는 대역폭 | 10Mb/초 - 10Gb/초 | 10Mb/초 - 100Gb/초 |
| 거리 | 비교적 짧은 거리(1~100미터) | 비교적 길다(1 - 100,000미터) |
| EMI 및 RFI에 대한 내성 | 낮은 | 높음(완전 면역) |
| 전기 위험에 대한 내성 | 낮은 | 높음(완전 면역) |
| 미디어 및 커넥터 비용 | 최저 | 제일 높은 |
| 설치 기술이 필요함 | 최저 | 제일 높은 |
| 안전 예방 조치 | 최저 | 제일 높은 |
무선 미디어의 유형
- 무선 신호 인코딩에 대한 데이터
- 전송 주파수 및 전력
- 신호 수신 및 디코딩 요구 사항
- 안테나 설계 및 구성
- Wi-Fi(IEEE 802.11) - 일반적으로 Wi-Fi라고 불리는 WLAN(무선 LAN) 기술. WLAN은 CSMA/CA(캐리어 감지 다중 액세스/충돌 회피)라는 경쟁 기반 프로토콜을 사용. 무선 NIC는 무선 채널이 깨끗한지 확인하기 위해 전송하기 전에 먼저 수신해야 함. 다른 무선 장치가 전송 중인 경우 NIC는 채널이 지워질 때까지 기다려야 함. Wi-Fi는 IEEE 802.11 표준을 기반으로 인증된 WLAN 장치와 함께 사용됩니다.
- 블루투스(IEEE 802.15) - 일반적으로 "블루투스"로 알려진 WPAN(무선 개인 영역 네트워크) 표준입니다. 장치 페어링 프로세스를 사용하여 1~100미터 거리에서 통신.
- WiMAX(IEEE 802:16) - 일반적으로 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microware Access)로 알려진 이 무선 표준은 점대다점 토폴로지를 사용하여 무선 광대역 액세스를 제공.
- Zigbee(IEEE 802.15.4) - Zigbee는 낮은 데이터 속도, 저전력 통신에 사용되는 사양. 단거리, 낮은 데이터 속도 및 긴 배터리 수명이 필요한 애플리케이션을 위해 설계. Zigbee는 일반적으로 무선 조명 스위치, 의료 기기 데이터 수집 등 산업 및 IoT(사물 인터넷) 환경에 사용.
무선 랜
- 일반적인 무선 데이터 구현은 LAN을 통해 장치를 무선으로 연결할 수 있도록 하는 것. 일반적으로 WLAN에는 다음과 같은 네트워크 장치가 필요.
- 무선 액세스 포인트(AP) - 이는 사용자의 무선 신호를 집중시키고 이더넷과 같은 기존 구리 기반 네트워크 인프라에 연결. 가정 및 중소기업 무선 라우터는 그림과 같이 라우터, 스위치 및 액세스 포인트의 기능을 하나의 장치에 통합.
- 무선 NIC 어댑터 - 네트워크 호스트에 무선 통신 기능을 제공.