OSI 7계층 (물리계층)

OSI 7계층은 7개의 계층으로 나뉘어져 있는데

물리 계층, 데이터링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층으로 나누어진다.



물리 계층에서 사용하는 통신 단위는 비트이다. 여기서는 단순히 데이터를 전달만 할 뿐 전송하는 데이터에 대한 정보를 담아서 보내거나 어떤 에러 제어를 한다거나 흐름 제어를 하는 기능은 하지 않는다. 물리 계층은 전기적, 기계적 특성을 가진 통신 케이블로 데이터를 전달하는데 예로 들 수 있는 장비로는 통신 케이블, 리피터, 허브 등이 있다.



물리 계층은 시스템 간의 물리적 연결하고, 전기 신호의 변환 및 제어 역할을 담당하는 계층이다. 즉, 데이터를 전기신호로 바꾸어 전송하는 일을 한다. 컴퓨터는 0과 1로만 데이터를 주고받는다고 들은 적이 있는가? 실제로 네트워크 통신은 복잡한 정보를 주고받지만 실제로는 0과 1만 사용되며 이것을 보내는 구조에 따라 정보가 달라지고 0과 1은 비트라고 불린다. 물리 계층은 이러한 비트를 전달하는 데 핵심적인 역할을 한다. 우리가 컴퓨터나 아니면 자연에서 신호를 보낼 때는 크게 두 종류의 신호가 있는데 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다. 컴퓨터에서는 디지털 신호를 이용한다.



아날로그 신호는 파장을 생각해 보면 sin 함수나 cos 함수 모양을 본 적이 있는가? 그것이 아날로그 신호를 시각적으로 표현했을 때 모양이 비슷하다. 아날로그 신호는 0과 1 사이의 특정되지 않은 값을 가진다고 보면 된다. 반대로 디지털 신호는 명확하게 특정된 값을 가지는데 그 값은 0 혹은 1 둘 중의 하나이다. 아날로그 신호는 연속적인 신호이고 디지털 신호는 불연속적인 신호라고 할 수 있다. 물리 계층에서는 이러한 신호를 전기 신호로 보내는데 전기 신호를 보내면 1, 흘려보내지 않으면 0으로 인식하게 한다.



물리 계층에서는 이러한 전기 신호를 보내기 위해서 케이블을 이용하는데 흔히 UTP 케이블을 많이 이용한다. 네트워크에 사용되는 케이블은 종류가 다양한데 동축 케이블, 광케이블, STP 케이블 등 다양하다.

UTP 케이블을 어떻게 사용하느냐 따라 구분이 달라지는데, 크로스 케이블과 다이렉트 케이블로 나뉜다. 크로스 케이블은 단말기 간 직접 연결에 쓰이며, 다이렉트 케이블은 단말기와 스위치 사이의 연결에 쓰인다.



물리 계층에 관한 장비에 대해서 좀 더 다양하게 알아보자.



전기 신호도 거리가 멀어질수록 그 신호가 손실이 되거나 약해질 것이다. 예를 들어 우리가 어떤 용기에 물을 담아서 그 물을 아주 먼 거리를 이동하거나 다른 매체를 통해 전달해야 하는 상황이라고 치면 그 물은 옮겨지는 과정에서 물이 조금씩 흘러서 손실되거나 증발이 되거나 하는 원래 양보다 조금 손실이 된 상태로 전달이 될 것이다. 이렇게 되면 원래 전달하고자 하는 양만큼 전달이 되지 않을 것이다. 정보를 담은 데이터도 마찬가지다 데이터 정보가 전기 신호에 담겨서 전달되는데 전기 신호가 손실이 되어서 전달이 된다면 정보가 제대로 전달이 안 되거나 잘못된 정보가 전달되어 혼동을 줄 것이다. 이러한 손실을 막기 위해서 중간에서 전기 신호를 다시 증폭시켜 주는 역할을 하는 장비가 있는데 이것이 리피터이다. 리피터는 약해진 파형을 다시 정상적으로 키워주는데, 요즘에는 따로 리피터를 설치하지 않고 네트워크 장비에 리피터 장비가 내장되어 나오는 형태가 많다. 우리가 일상에서 볼 수 있는 전봇대 역할과 비슷하게 생각하면 될 것 같다. 전깃줄이 길어질수록 축 늘어져서 사람들이 생활하는 데 위험이 되거나 불편을 주는데 이것을 받쳐주기 위해 전봇대가 구간마다 있듯이 리피터도 비슷한 역할을 한다.



우리가 사무직과 관련된 일을 한다고 하면 많은 사람들이 컴퓨터를 쓰게 되는데 컴퓨터 한 대에 네트워크 장비 한 대를 연결하면 아주 비효율적일 것이다. 장비들을 이렇게 구성하면 비용도 많이 들기 때문이다. 그래서 보통 네트워크 장비 하나를 두고 그 네트워크 밑에 허브라는 장치를 두고 허브를 통해 네트워크를 공유해서 여러 대의 컴퓨터를 사용하는데 이렇게 여러 대의 컴퓨터를 네트워크에 연결할 수 있게 해주는 장비가 허브이다. 



다음 게시글에 배울 데이터 링크 계층에 관한 내용을 미리 맛보기로 살짝만 내용을 다루어 보자.



물리 계층에서 허브로 컴퓨터를 연결하면 효율적으로 컴퓨터를 연결할 수 있지만 여기에는 또 다른 문제가 발생하는데 바로 원치 않는 브로드캐스팅이 발생하여 모든 컴퓨터에 영향을 줄 수 있다. 이는 신호 자원을 이용하는 데도 비효율적이고 보안 측면인 문제도 있을 수 있다.



컴퓨터의 통신 기술에는 크게 3가지 있는데 그중의 하나가 위에 미리 나온 브로드캐스트도 포함되어 있다.



3가지 종류로는 유니캐스트,멀티캐스트,브로드캐스트가 있다.
첫 번째로 유니캐스트는 정보를 전송하기 위한 프레임에 자신의 MAC 주소와 목적지의 MAC 주소를 첨부하여 전송하는 방식을 말한다. 단순하게 생각하면 보내고자 하는 목적지에만 정보를 전달하는 방식이다. 따라서 이 방식이 가장 많이 쓰이는 방식이며 CPU 성능에도 문제를 주지 않는다.



두 번째로는 멀티캐스트이다. 멀티캐스트는 특정 몇몇 기기에만 정보를 전달하는 방식을 말하는데 이런 기능은 라우터에 멀티캐스트 기능을 지원해야 가능하다는 조건이 있다. 예를 들어 어떤 한 기업의 사장이 임원 회의를 위해 임원들에게만 회의 참석 관련 메시지를 보내야 한다고 하면 멀티캐스트 방식이 없었을 때는 유니캐스트 방식으로 한 명 한 명에 메시지를 보냈어야 할 것이다. 이렇게 되는 경우 네트워크 효율도 저하되고 이 수신자가 많아질 수 있는 네트워크 성능에 안 좋은 영향을 줄 수 있다. 멀티캐스트는 이러한 단점을 보완한 방식으로 한꺼번에 메시지가 전성되도록 하여 데이터의 중복 전송을 피해 네트워크 자원 낭비를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 그런데 멀티캐스트는 UDP 방식을 이용하므로 신뢰성을 보장받지 못한다는 단점이 있다.