[네트워크] 물리 계층 완전 정리! ‘누가 보냈는지 모르는’ 이유는? – 허브, 리피터, 케이블

물리 계층(Physical Layer)이란?

물리 계층은 OSI 7계층 중 가장 하위에 위치한 계층으로,

데이터를 비트 단위(0과1)로 처리하여 이를 전기적 신호나 광 신호 등 물리적인 형태로 변환하고 전송하는 역할을 한다.

 

물리 계층에서는 주소나 식별자의 개념이 존재하지 않아, 누가 누구에게 데이터를 보내는 지 구분할 수 없다.

단순히 신호를 받아서 물리적으로 연결된 다음 노드로 전달만 한다. 

 

그래서 물리 계층은 실제 전송 매체와 밀접하며, 케이블, 커넥터, 전압, 주파수 등 하드웨어적인 요소가 주요 구성 요소이다.

 

주소라는 개념이 없다 → 누군가를 특정할 수 없다, 구별할 수 없다.
들어온 신호를 연결된 노드로 보내주기만 한다. 받은 신호를 옆에 넘겨준다.

 

Physical Layer

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물리 계층 주요 장비

리피터(Repeater)

신호를 증폭하여 더 멀리 보낼 수 있도록 도와주는 장비.

데이터 해석 X, 신호만 증폭한다.

노이즈도 함께 증폭될 수 있다는 단점이 있다.

 

✅ 리피터 vs 브릿지

• 리피터: 1계층 장비, 단순히 신호만 증폭할 뿐, 데이터 구분은 하지 않는다.
• 브릿지: 2계층 장비, MAC 주소를 기반으로 데이터를 전달하는 역할도 수행한다.

 

허브(Hub)

허브는 들어온 데이터를 단순히 모든 포트로 복제해서 전송한다.

편지가 허브를 통해 1번에서 2번으로 가는데, 이게 2번으로만 보낼수가 없어서 3번 4번한테도 모두 간다.
3번, 4번은 편지를 확인하고 "내 게 아니네?" 하고 버린다.

 

허브는 MAC 주소, IP 주소 이런 개념이 없다. 목적지가 없다보니, 그냥 데이터를 복제해준다. 

무수히 많은 데이터들이 불필요할 정도로 모두에게 전송된다. 즉, 시스템에 부하가 온다.

내가 시키지 않은 택배가 집 앞에 쌓여있다. 내가 굳이 하나하나 확인하고 대답해줘야 한다.
“제 거 아니예요” → 부하 → 컴퓨터가 힘들다.

 

연결된 모든 장치가 동시에 경쟁하게 만들기 때문에, 전체 네트워크 성능을 저하시킨다. 그래서 현재는 거의 사용되지 않는다.

→ 스위치를 사용하게 된 계기!

 

✅ 허브 vs 스위치

• 허브: 1계층 장비, 모든 포트에 브로드캐스트
• 스위치: 2계층 장비, MAC 주소 기반으로 목적지에만 전송 (필요시 허브처럼도 동작 가능)

 

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물리 계층 유선 전송 매체

1. 동축 케이블 (Coaxial Cable)

• 옛날 TV 안테나처럼 생긴 테이블
• 외부 간섭을 줄이기 위해 철저히 차폐되어 있다.
• 느리고 두꺼워서 요즘은 잘 쓰지 않는다.

2. 광섬유 케이블 (Fiber Optic Cable)

• 빛을 이용한 데이터 전송
• 구리선(UTP)과 비교할 수 없을 정도로 매우 빠르고 먼 거리 통신 가능
• 가격이 비싸다. 깨진 유리창처럼 한번 손상되면 수리가 어렵다. 고가의 장비에서 주로 사용된다.

3. 연선 (Twisted Pair Cable)

• 두 개의 독립적인 도선이 서로 꼬여있는 케이블 → 전자기 간섭을 줄이는 효과
• 가장 많이 사용하는 케이블 유형

UTP (Unshielded Twisted Pair)

• 쉴드로 보호되지 않은 연선 (차폐없이 꼬기만 한 케이블)
• 설치 간단, 비용 저렴
• 우리가 흔히 말하는 랜선(LAN Cable)이 대부분이 UTP 케이블이다!

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Q. 물리 계층은 왜 ‘누가 누구에게 보냈는지’ 모를까?

물리 계층은 단순히 0과 1의 비트를 전기적 또는 광학적 신호로 바꿔 전송할 뿐, 주소나 식별자 정보를 처리하지 않기 때문이다.

"누가 누구에게"는 상위 계층(데이터링크 계층, 네트워크 계층)이 처리하는 일이다.

 

 

Q. 허브와 스위치의 차이는?

허브는 1계층 장비로, 수신한 데이터를 모든 포트로 브로트캐스트한다.

스위치는 2계층 장비로, MAC 주소를 기반으로 필요한 포트에만 유니캐스트 전송한다.

→ 허브는 비효율적, 스위치는 효율적 전송이 가능해 현재는 스위치를 주로 사용한다.

 

 

Q. 리피터와 브릿지의 차이는?

리피터는 1계층 장비로, 신호를 단순 증폭해주는 역할만 한다.

브릿지는 2계층 장비로, MAC 주소를 분석해 데이터에 필요한 네트워크 구간에만 전달한다.

→ 리피터는 구분없이 전달, 브릿지는 구분해서 전달한다.

 

 

Q. 광섬유 케이블(광케이블)과 구리선(UTP)의 차이는?

광섬유 케이블은 빛을 이용해 빠르고 멀리 전송하며, 전자기 간섭에 강하고 보안성이 높다.

구리선(UTP)은 전기 신호를 사용해 설치가 간편하고 저렴하지만, 속도와 거리, 간섭에 제한이 있다.

→ 광케이블은 고속 장거리 통신, UTP는 근거리 저비용 환경에 적합하다.

 

 

Q. 광섬유 케이블은 왜 수리가 어려울까?

광섬유 케이블은 유리나 플라스틱 섬유 재질이라 깨지기 쉽고, 손상 시에는 정밀 절단 후 다시 정확히 맞붙이는 융착(접합) 작업이 필요하다.
일반 케이블처럼 테이프나 납땜으로 간단히 복구할 수 없다.

전파가 아닌 빛의 반사를 이용하기 때문에, 연결이 조금만 어긋나도 신호 손실이 크다.

 

 

Q. 5G와 Wi-Fi는 물리 계층에서 어떤 차이가 있을까?

사용 주파수, 전송 거리, 속도에서 차이가 있다.

5G는 이동통신망 기반, 넓은 커버리지, 고주파수(mmWave)를 사용한다.

Wi-Fi는 근거리 무선망, 제한된 거리, 2.4GHz/5GHz/6GHz를 사용한다.