컴퓨터 장치는 정보를 전송하기 위해 서로 다른 미디어를 사용하게 됩니다. 각 미디어는 유형별로 서로 다른 특성을 갖고 있습니다. 광섬유 미디어는 빛 파장을 변조하고, Wi-Fi는 전파를 변조하며, 구리선 미디어는 전압과 같은 전기적 특성을 변조합니다.
Copper Cable
지난 포스팅에서 Layer 1에서 논리적 데이터, 2진수를 나타내기 위해 신호를 변조하거나 변경한다고 했습니다.
예를 들어 +5V는 2진수(Binary) “1”을 나타내고, -5V는 “0”을 나타냅니다.
네트워크에서 데이터를 전송하는 데 일반적으로 사용하는 구리 케이블(Copper Cable)은 Twist Pair라고 불립니다.
전자기 방사선과 간섭을 줄이기 위해 두 쌍의 선을 꼬아서 만들기 때문입니다.
가장 일반적인 유형은 UTP(Unshielded Twisted Pair)입니다.
외부 전자기 간섭(EMI)으로부터 보호를 받기 위해 제공되는 FTP(Filed Twisted Pair) 같은 경우에는 매우 민감한 환경이나 EMI 수준이 높은 환경에서 사용되게 됩니다.
UTP 케이블에는 4쌍으로 그룹화된 8가지 색깔로 표시된 와이어가 있습니다. 전송(Tx)에는 2개의 와이어가 사용되고 수신(Rx)에도 2개의 와이어가 사용됩니다. 나머지 4개의 와이어는 PoE(Power over Ethernet)라는 기능을 사용하여 전화나 카메라와 같은 장치에 전원을 공급하기 위해 사용됩니다.
UTP와 함께 사용되는 대표적인 커넥터는 RJ-45 커넥터입니다. 그리고 1Gbps 데어터 속도를 유지하기 위해서는 UTP케이블의 길이가 100m(300ft)를 넘을 수 없습니다.
Fiber Optic (광섬유)
유리나 플라스틱 섬유로 만들어진 이 미디어는 광 신호를 사용하여 데이터를 전송 및 수신합니다.
빛은 광 섬유 중심부를 따라 내려가는데, 이것을 코어라고 합니다. 코어는 전반사라고 불리는 기술을 사용하여 코어에 빛을 가두는 피복재(Cladding)라고 불리우는 광학물질로 둘러싸여 있습니다.
광 케이블은 이더넷 UTP의 100m보다 더 먼 거리에 있는 장치에 연결할 수 있고 데이터 전송률도 높습니다.
하지만, 거리 및 속도는 품질, 광 섬유 유형 및 송수신기 유형에 따라 달라집니다.
일반적으로 데이터 전송 속도는 1Gbps,10Gbps, 25Gbps, 40Gbps, 50Gbps,100Gbps 등 입니다.
광 섬유는 MM(멀티 모드) 및 SM(싱글 모드)라는 두 가지 그룹으로 분류됩니다. MM은 비교적 짧은 거리에 비해 저렴하고, SM은 더 비싸지만 매우 긴 거리를 지원할 수 있습니다.
| Multi Mode Fiber | Single Mode Fiber | |
|---|---|---|
| 코어 직경 | 50 또는 62.5㎛ | 9㎛ |
| 최대 거리 | 600m (2,000ft) | 40km |
| 일반적 데이터 속도 | 10Gbps | 최대 40 / 400Gbps |
| 트랜시버 | LED기반 | 레이저 기반 |
멀티모드(MM)는 코어 크기가 50~62.5㎛(마이크로미터) 입니다.
이러한 코어 크기 덕분에 빛 채집 용량을 늘리고 비용이 낮은 트랜시버(Transceiver)를 쉽게 사용할 수 있습니다.
일반적인 거리는 최대 600m이며, 일반적인 데이터 속도는 10Gbps입니다.
광 섬유의 데이터시트를 보면 50/125 또는 62.5/125와 같은 용어가 나오게 됩니다.
첫번째 숫자 50, 62.5는 코어의 직경을 의미하고, 125는 피복재(Cladding)의 직경을 나타냅니다.
50㎛의 멀티모드 광 섬유는 광 전송속도는 더 빠르지만, 거리가 짧습니다.
싱글모드(SM) 코어 크기는 9㎛에 불과하지만, 빛을 광 섬유에 직접 전달하기 때문에 빛의 반사가 감소합니다.
즉, 감쇠(신호 강도 손실)가 낮아지고 더 먼 거리에 전송이 가능해집니다.
일반적으로 40Gbps 또는 400Gbps와 같은 높은 데이터 속도로 전송하는데 적합합니다.
Air / RF (Radio Frequency)
이 미디어는 데이터를 전송하기 위해 진폭, 위상 또는 주파수와 같은 전자기 신호를 변조합니다. 이 변조된 전파는 공기를 통해 전달됩니다. 이 무선 전송 기술을 통해 더 이상 정지해 있는 유선 연결에서 벗어나 이동성(모빌리티)을 갖게 됩니다.
일반적으로 무선 주파수(RF)는 라디오나 TV, 위성 신호를 전송하는 데 사용합니다.
하지만 컴퓨터 통신에서 Wi-Fi는 엔드포인트간 무선으로 통신할 수 있도록 하는 기술입니다.
이 기술은 현재 2.4GHz/5GHz 두 개의 무선 대역에서 동작합니다.
Wi-Fi를 사용하는 데이터 속도는 가장 최신 기술인 IEEE 802.11ax(Wi-Fi 6)표준에서 최대 4.8Gbps입니다.
Copper나 Fiber Obtic 미디어에 비하면, Wi-Fi 전송은 아주 짧은 거리만을 지원합니다. 기기 구성이나 장애물의 수, 유형 등을 포함한 여러 요인에 따라서 기기 간 최대 거리는 일반적으로 15~30m 사이 입니다.
Full Duplex / Half Duplex
두 개 이상의 물리적 장치를 네트워크상에 연결하면 Duplex에 대한 고민을 해야 합니다. Duplex(이중) 통신 시스템은 두 개 이상의 장치로 연결되어 구성된 시스템으로, 양방향으로 서로 통신이 가능합니다.
Duplex 시스템에는 전이중(Full Duplex, FDX)과 반이중(Half Duplex, HDX) 두 가지 유형이 있습니다.
- Full Duplex – 양 당사자가 동시에 서로 통신할 수 있습니다.
대표적인 예로 전화를 생각하면 됩니다. 서로 동시에 상대방끼리 말하면서 들을 수도 있습니다. - Half Duplex – 양 당사자가 서로 통신할 수는 있지만 동시에 통신할 수는 없습니다.
대표적인 예로 무전기를 생각하면 됩니다. 무전기로 대화할 때는 버튼을 눌러야만 하고, 버튼을 누르게 되면 상대방의 목소리를 들을 수 없습니다.
이렇게 이번 포스팅에서는 실제 물리적 장치에 대해서 알아보았습니다.
이 외에도 통신을 위한 더 많은 물리적 미디어가 있습니다만, 실제로 우리가 많이 사용하고 구성하는 3가지에 대해서만 작성을 해보았습니다. 나머지는 기회가 된다면 나중에 올려보도록 하겠습니다.
