STORY 01 케이블과 리피터, 허브 속을 신호가 흘러간다

1. 하나하나의 패킷이 독립된 것으로 동작한다

• 컴퓨터에서 송신된 패킷은 허브나 라우터라는 중계 장치에 의해 목적지로 도달한다.
  • 패킷 헤더의 제어정보와 중계 장치가 관리하는 정보를 비교하여 중계한다.
• 내용의 예시는 ‘클라이언트 PC - 리피터 허브 - 스위칭 허브 - 라우터’ 의 구조(LAN) 로 되어 있다고 가정하여 설명한다.
  • 일반 가정집에서는 위와 같이 단일 기능의 기기들로 연결되어 있는 형태보다는 복합 기능을 수행하는 기기로 이루어진 경우가 많다.

2. LAN 케이블은 신호를 약화시키지 않는 것이 핵심이다

• LAN 케이블은 전기 신호를 다음 중계 장치에게 전달한다.
  • RJ-45 커넥터의 두 개의 신호가 하나의 전기 신호 쌍이다.
    • 하나는 + 신호를, 하나는 - 신호를 보낸다.
  • 두 개의 신호선은 꼬여있는 상태로 구성되어 있다. (트위스트 페어 케이블)
• 송출한 신호는 다음 중계 장치에 도착할 때에는 조금 약해져 있다.
  • 케이블의 길이가 길어질 수록 신호가 약해진다.
  • 디지털 데이터는 사각형의 각진 신호이지만, 전기 신호는 완만한 그래프 형태이다.
    • 주파수가 높을 수록 전기 신호로 변환하는 과정에서 데이터의 변형이 크다.
  • 잡음이 있을 경우 신호의 파형이 왜곡된다.
• 변형된 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정에서 잘못 판독하여 통신 오류가 발생할 수 있다.
• LAN 케이블은 이러한 경우를 방지하기 위해 신호선을 꼬아놓은 상태로 관리한다.

3. ‘꼼’ 은 잡음을 방지하기 위한 방법이다

• 잡음은 외부의 전자파에 의해 발생할 수 있다.
  • 전자파는 금속 등의 도전체에 닿으면 전류를 발생시키는 성질이 있다.
    • 모니터, 형광등, CRT 모니터 등에서 전자파가 발생할 수 있다.
  • LAN 케이블의 신호선은 금속으로 이루어져 있어 주변에 전자파가 있을 경우 또 다른 전기 신호가 발생하여 잡음이 생길 수 있다.
  • 전자파로 인해 생긴 전류를 상쇄하기 위해 신호선을 꼬아서 관리한다.
    • 전자파로 생긴 전류는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다는 성질이 있다.
    • 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르는 전기 신호에 닿으면 잡음이 상쇄된다.
    • 꼬임의 간격이 좁을 수록 효과가 좋다.
• 잡음은 내부의 신호선에서 발생한 전자파에 의해 발생할 수 있다.
  • 신호선 안에 전류가 흐르므로 전류에 의해 주위에 전자파가 발생할 수 있다. (crosstalk)
  • 매우 가까이에서 발생한 전자파를 상쇄하기 위해 꼬임의 간격을 다양하게 관리한다.
    • 꼬임의 간격이 다르면 어떤 경우에는 플러스 신호가 가깝고, 어떤 경우에는 마이너스 신호가 가깝다.
    • 플러스와 마이너스의 경우 잡음의 영향이 반대가 되어 균형이 잡히면서 잡음의 영향이 줄어든다.
  • 신호선 사이에 구분판이나 피복을 입히는 등의 방법도 있다.

4. 리피터 허브는 연결되어 있는 전체 케이블에 신호를 송신한다

• LAN 케이블을 통해 리피터 허브에 신호가 들어온다.
  • PHY(MAU) 회로는 송신 단자와 수신 단자가 구분되어 있다.
  • 송신 단자로 들어온 신호는 수신 단자로 수신해야 한다.
  • 허브의 경우 커넥터 사이의 구성이 적절하도록 설정해야 한다.
    • 허브의 커넥터는 MDI/MDI-X 로 구분된다.
      • MDI : RJ-45 커넥터와 신호 송수신 회로를 직접 결선한 것
      • MDI-X : MDI 를 교차하여 결선한 것
    • 허브 사이의 연결 시 MDI 와 MDI-X 끼리 연결해야 하며, 종류가 같을 경우 크로스 케이블을 사용해야 한다.
  • PC 의 경우 크로스 케이블을 사용해야 한다.
    • 두 개의 PC 를 직접 케이블로 연결할 경우 송수신 단자의 위치가 동일하므로 크로스 케이블을 사용해야 한다.
• 리피터 허브에서 PHY(MAU) 회로의 수신부에 도달한 신호는 리피터 회로에 들어간다.
  • 리피터 회로는 리피터 허브의 커넥터 부분에 뿌리는 역할을 한다.
    • 제품에 따라 신호의 파형을 다듬고 오류를 억제하는 제품도 있다.
  • 모든 커넥터에 신호가 나가면 리피터 허브에 접속한 전체 기기에 도달한다.

STORY 02 스위칭 허브의 패킷 중계 동작

1. 스위칭 허브는 주소 테이블로 중계한다

• LAN 어댑터와는 달리 스위칭 허브는 자신의 MAC 주소를 검사하지 않기 때문에 스위칭 허브의 포트에는 MAC 주소가 할당되어 있지 않다.
  • 스위칭 허브는 접근한 모든 패킷을 수신한다.
  • PHY(MAU) 회로에 들어온 신호를 MAC 회로가 받아 디지털 신호로 변환한다.
  • 디지털로 신호 변환 후 FCS 를 대조하여 오류 검사 후 버퍼 메모리에 저장한다.