[OSI 1,2 계층/Network Access] 물리 계층, 데이터 링크 계층

Physical Layer

물리계층

물리 계층(1계층)은 용어 그대로 물리적 연결과 관련된 정보를 정의하며, 이 계층에서는 물리적 장비를 통해 전기 신호를 전송한다.

이 계층에서 사용되는 통신 단위는 비트이며 이것은 1과 0으로 나타내어지고 전기적으로는 On, Off 상태이다.

 

이 때 0과 1로 이루어진 전자기파는 무한대의 주파수 범위를 갖기 때문에 이 상태의 전기적 신호를 통과시킬 수 있는 전선이 없다.

따라서 곡선 형태의 아날로그 신호로 변경해줘야 한다.

즉, 최소 두 대의 컴퓨터가 통신하기 위해서는 0과 1의 나열으로 된 전기 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 전선으로 흘려 보내고, 전선을 통해 받은 아날로그 신호를 0과 1의 나열로 된 전기 신호로 해석하는 것이 물리 계층의 역할이다.

 

이때, 물리 계층에서는 단지 데이터를 전달 할 뿐, 주고 받으려는 데이터가 무엇인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다.

즉, 정말 단순하게 데이터를 전기적인 신호로 변환하여 주고받는 기능만 할 뿐이다.

 

1계층에서 사용하는 주요 장비로는 허브(Hub), 케이블(Cable), 리피터(Repeater), 트랜시버(Tranceiver) 등이 있다.

• 허브와 리피터
  • 네트워크 통신을 중재
• 케이블과 커넥터
  • 케이블 본체를 구성하는 요소
• 트랜시버
  • 컴퓨터의 랜 카드와 케이블을 연결하는 장비
  • 다양한 외부 신호를 컴퓨터 내부 전기 신호로 바꾸어주는 역할

---

Data Link Layer

데이터 링크 레이어

데이터 링크 계층(2계층)은 물리 계층을 통해 송수신되는 정보를 관리하여 네트워크 기기들 사이에 안전하게 데이터를 전송하는 역할을 한다.

출발지와 도착지 주소를 확인하고 알맞은 주소로 보낸 것이 맞는지 혹은 물리 계층에서 발생할 수 있는 오류가 있는지 탐지하고, 오류를 감지하면 재전송하는 것이 주 기능이다.

 

주소를 확인한다는 것은 한 명과 통신하는 것이 아니라 동시에 여러 명과 통신할 수 있다는 것이기 때문에 무작정 데이터를 주고 받는 것이 아니라, 받는 사람이 데이터를 받을 수 있는지 확인하는 작업부터 해야하고, 이것을 플로우 컨트롤(flow control)이라고 한다.

 

2계층에서 동작하는 네트워크 구성 요소

네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card, NIC)

네트워크 인터페이스 카드는 랜 카드라고 불리기도 하고, 네트워크 카드, 네트워크 인터페이스 컨트롤러(Network Interface Controller), 네트워크 어댑터(Network Adapter)등 여러 이름으로 불린다.

네트워크 인터페이스 카드는 컴퓨터를 네트워크에 연결하기 위한 하드웨어 장치로, 노트북과 데스크톱에서는 기본 장착 되어 있어 별도로 추가할 필요가 없다.

 

주요 역할

• 직렬화 (Serialization)
  • NIC는 전기적 신호를 데이터 신호 형태로, 혹은 그 역으로 변환해준다.
  • 이러한 상호 변환 작업을 직렬화라고 한다.
• MAC 주소
  • NIC는 고유한 MAC 주소를 가지고 있다. 이 MAC 주소는 Media Access Control의 줄임말으로, 네트워크에 접속하는 모든 장비는 MAC 주소라는 물리적 주소가 있어야 하고, 변경할 수 없도록 하드웨어에 고정되어 있다.
  • NIC는 입력되는 전기 신호를 데이터 형태로 만들고 데이터 도착지 MAC주소를 확인한 후 자신에게 들어오는 전기 신호가 맞는지 확인한다.
  • 자신에게 들어오는 전기 신호가 아니라면 버리고, 맞으면 이 데이터를 상위계층에서 처리 할 수 있도록 메모리에 적재한다.

스위치 (Switch)

스위치는 여러 장비를 연결하고 통신을 중재하며, 케이블을 한 곳으로 모아주는 역할을 하는 2계층의 장비이다.

주어진 MAC 주소를 보고 어디로 연결되는지, 포트는 어디인지 확인하며 이 데이터를 기반으로 통신할 때 포트를 적절히 필터링하고 정확한 포트로 포워딩하는 역할을 한다.

 

필터링(Filtering)과 포워딩(Forwarding)

패킷이 스위치에 들어온 경우, 도착지 MAC 주소를 확인하고 자신이 가진 MAC 테이블과 비교해 맞는 정보가 있으면 매치되는 해당 포트로 패킷을 포워딩한다.

이 때, 다른 포트로는 해당 패킷을 보내지 않으므로 이 동작을 필터링이라고 부른다.