OSI 모델 : 1계층 - Physical Layer

OSI 모델을 공부하며 각 계층의 역할을 공부하였다. 하지만 추상적인 설명으로 인해 어떠한 방식으로 각 계층들이 해당 역할들을 수행하는지 몰라 추가적인 정보를 찾는 도중 유튜브의 우아한 테크 채널의 테코톡 중에 OSI 모델을 다루는 영상을 찾아 보게 되었다. 발표자분께서 각 계층별로 디테일하게 설명해주어 OSI 모델을 이해하는데 큰 도움이 되어 해당 발표 내용을 정리하여 포스팅하고자 한다.

 

Data의 전송

1. 컴퓨터의 모든 데이터, 파일, 프로그램은 0과 1의 나열이다.

2. 전송하는 두 컴퓨터는 물리적(유선, 무선 등)으로 연결되어있어야 한다.

 

두 컴퓨터가 서로 물리적 연결을 통해 데이터를 주고받는다. 그렇다면 데이터에 해당하는 0과 1의 나열만 서로 주고 받는다면 데이터를 주고 받는 것이다. 전선을 통해 5V의 전압을 흘려보내면 1이, -5V의 전압을 흘려보내면 0이 전송된다. 이렇게 다른 전압을 연속해서 보내게 되면 0과 1을 연속적으로 전송하게 되는 것이다.

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제약​

1. 전선은 모든 주파수를 통과시키지 못하고, 전송 가능한 주파수가 제한되어 있다.

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컴퓨터가 데이터를 전송할 때는 다른 전압을 흘려보내 데이터를 주고 받는다고 했다. 하지만 이렇게 데이터를 주고 받기 위해서는 몇가지 문제를 해결해야한다.

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전자기파 A와 전자기파 B이다. 전자기파 A는 전자기파를 표현하는 함수를 나타내는 것으로, 주파수는 단위 시간당 진동하는 횟수로 A와 같은 경우는 2Hz의 주파수를 가지고 있다. 반면 전자기파 B는 불규칙한 전압, 진동 수를 가지고 있다. 즉 고정된 주파수를 가지고 있는게 아니라 최대, 최소값으로 특정한 범위의 주파수를 가지게 된다. 위와 같은 경우는 최소 1Hz, 최대 10Hz의 주파수를 가진다고 해보자.

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1~10Hz의 주파수로 이루어진 전자기파 데이터이다. 해당 데이터를 전선을 통해 다른 컴퓨터로 전송하고자 한다. 하지만 전선은 모든 주파수를 통과시키지 못하고, 전송 가능한 주파수가 제한되어 있다고 했다. 위의 경우에는 5~8Hz로 제한되어있다. 이러한 경우에는 1~10Hz의 주파수로 이루어진 데이터 중에서 5~8Hz 주파수 전자기파 데이터만 전송되어 전송하는 측이 보낸 데이터가 아닌 엉뚱한 데이터를 수신하게 된다.

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컴퓨터가 통신하려면

앞에서 컴퓨터가 통신하기 위해서는 0과 1을 주고받을 수 있으면 된다고 했다. 따라서 컴퓨터가 아래와 같은 전자기파를 주고 받을 수 있으면 통신할 수 있게 된다.

하지만 수평선과 수직선을 지닌 전자기파는 항상 0~무한대의 주파수 범위를 가진다. 즉, 시간당 진동 횟수가 0부터 무한대이다. 하지만 전선은 통과시킬수 있는 전자기파의 주파수가 제한되어있다. 따라서 위와 같은 전자기파를 전선을 통해 통과시킬 수 없게 되는 것이다. 그렇다면 위와 같은 전자기파를 전선을 통해 통과시키려면 어떻게 해야하는가?

데이터 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 전선을 통해 전송하는 것이다. Data 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 전선을 통해 전달하고, 아날로그 신호를 받은 수신측 컴퓨터에서 해당 신호를 다시 데이터 신호로 바꾸게 되면 데이터 전송이 이루어지게 되는 것이다. 이처럼 아날로그 신호로 바꾸어 주는 과정을 Encoding, 다시 아날로그 신호를 데이터로 바꾸는 과정을 Decoding이라고 한다.

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Encoding / Decoding

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데이터를 전송하는 과정을 간략하게 표현한 것이다. 데이터를 인코더로 아날로그 신호로 바꾸고 해당 신호를 전송하여 다시 디코더를 통해 데이터화 시키는 것이다.

Signal encode(Data){ //구현부 }
Data decode(Signal){ //구현부 }

Encoder / Decoder는 물리적으로 연결된 컴퓨터가 0과 1의 나열을 주고받을 수 있게 해주는 모듈이다. 위의 인코더, 디코더 모듈을 보면 인코더는 Data를 받아 아날로그 신호인 Signal로 반환하고, 디코더는 반대로 Signal을 받아 Data로 반환하게 된다.

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Physical Layer의 기술이 구현된 장소

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1. phy칩

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1계층의 모듈은 하드웨어적으로 구현되어있다. 즉, 0과 1의 나열을 아날로그 신호로 바꾸어주는 것은 회로상으로 구현되어있다는 것이다. 모듈이 input을 받아 output을 반환하는 것처럼 하드웨어도 input을 받아 output을 반환할 수 있으니 이러한 모듈을 하드웨어적으로 구현해 놓은 것이다. 즉 데이터를 회로에 넣어주면 아날로그 신호로 바꾸어주고, 아날로그 신호를 넣어주면 데이터로 반환해주는 하드웨어인 것이다.