물리적 네트워크 구성 요소 (Physical Layer Real)
2025-10-27
요약
- 물리 계층(Physical Layer)은 데이터를 전기·광학 신호로 실제 전송하는 네트워크의 기반이다.
- 케이블, 커넥터, 허브, NIC(Network Interface Card), 리피터 등 하드웨어가 포함된다.
- 이 계층의 품질은 네트워크 속도, 안정성, 신호 간섭, 패킷 손실에 직접적인 영향을 준다.
물리 계층은 “보이지 않는 인프라”지만 네트워크 성능의 70%를 좌우한다. 적절한 케이블 규격, 커넥터 품질, 전송 거리, 노이즈 관리가 상위 계층(TCP/IP, HTTP)의 안정성을 결정짓는다.
즉, “패킷은 소프트웨어가 보내지만, 신호는 하드웨어가 전한다.”
핵심 요약
- 물리 계층은 비트 단위 전송(0,1) 을 담당한다.
- 전송 매체는 유선(구리선/광섬유) 과 무선(Wi-Fi, Bluetooth) 로 구분된다.
- 전송 거리에 따라 케이블 종류와 표준이 다르다.
- 실제 통신은 NIC ↔ 케이블 ↔ 허브/스위치 ↔ 라우터 순으로 흐른다.
1. 물리 계층의 역할
flowchart LR
A["응용 계층
(Application)"] --> B["전송 계층
(TCP/UDP)"] B --> C["네트워크 계층
(IP)"] C --> D["데이터링크 계층
(Ethernet, MAC)"] D --> E["물리 계층
(케이블, 신호, NIC)"] style E fill:#fef3c7,stroke:#eab308
(Application)"] --> B["전송 계층
(TCP/UDP)"] B --> C["네트워크 계층
(IP)"] C --> D["데이터링크 계층
(Ethernet, MAC)"] D --> E["물리 계층
(케이블, 신호, NIC)"] style E fill:#fef3c7,stroke:#eab308
- 데이터가 상위 계층에서 내려올수록 전기적 신호로 변환된다.
- 물리 계층에서는 신호 전압, 케이블 길이, 주파수, 커넥터 규격 등이 중요하다.
2. 주요 구성 요소
| 구성 요소 | 역할 | 예시 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 케이블 (Cable) | 신호 전송 매체 | UTP, STP, 광케이블 | 전송거리·속도에 영향 |
| NIC (Network Interface Card) | 디지털 ↔ 전기 신호 변환 | 내장형 LAN 카드, USB 랜카드 | MAC 주소 보유 |
| 허브 (Hub) | 신호 단순 복제 | ipTIME Mini Hub | 충돌 많고 비효율 |
| 스위치 (Switch) | MAC 기반 전달 | Cisco, Netgear | 데이터링크 2계층 |
| 리피터 (Repeater) | 신호 증폭 | 중계기 | 거리 확장 |
| AP (Access Point) | 무선 신호 중계 | Wi-Fi 6 AP | WLAN 구성 |
3. 케이블 종류별 비교
| 구분 | 전송 매체 | 속도 | 최대 거리 | 용도 |
|---|---|---|---|---|
| Cat5e | 구리선(UTP) | 1 Gbps | 100 m | 일반 가정/사무실 |
| Cat6 | 구리선(UTP) | 10 Gbps | 55 m | 고속 백본 |
| Cat6A | 구리선(STP) | 10 Gbps | 100 m | 노이즈 많은 환경 |
| 광케이블 (Multi-mode) | 광섬유 | 10–40 Gbps | 550 m | IDC, 서버실 |
| 광케이블 (Single-mode) | 광섬유 | 100+ Gbps | 10 km 이상 | ISP 백본망 |
| Coaxial | 동축 케이블 | 1 Gbps 이하 | 수십 m | 옛날 케이블TV/인터넷 |
💡 UTP(Unshielded Twisted Pair) : 가장 흔한 LAN 케이블, 저렴하지만 간섭에 취약 💡 STP(Shielded Twisted Pair) : 차폐층이 있어 전자파 간섭(EMI)에 강함 💡 RJ-45 커넥터 : 이더넷 케이블의 대표 커넥터 (8핀 구조)
4. 전송 거리와 신호 품질 관계
graph TD
A["짧은 거리 (≤100m)"] -->|구리선 LAN| B["가정 / 사무실"]
A -->|Cat5e/Cat6| B
C["중간 거리 (≤1km)"] -->|광케이블 MMF| D["데이터센터"]
E["장거리 (10km~)"] -->|광케이블 SMF| F["통신사 백본망"]
style A fill:#e0f2fe,stroke:#0284c7
style C fill:#fef9c3,stroke:#facc15
style E fill:#dcfce7,stroke:#16a34a
- 거리가 길어질수록 신호 감쇠(attenuation) 와 지연(latency) 발생
- 리피터 또는 광 모듈(SFP, QSFP) 로 보완
5. 무선 네트워크 구성 요소
| 구분 | 표준 | 주파수 | 최대 속도 | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| Wi-Fi 4 | 802.11n | 2.4/5 GHz | 600 Mbps | 구형 |
| Wi-Fi 5 | 802.11ac | 5 GHz | 1.3 Gbps | 대부분의 가정용 |
| Wi-Fi 6 | 802.11ax | 2.4/5 GHz | 9.6 Gbps | OFDMA, MU-MIMO |
| Wi-Fi 6E | 802.11ax | 6 GHz 추가 | 9.6 Gbps | 간섭 적음 |
| Wi-Fi 7 | 802.11be | 6 GHz | 40 Gbps+ | 차세대 무선 |
flowchart LR
A["PC / 스마트폰"] ~~~ B["Wi-Fi Access Point"]
B ~~~ C["라우터 / 인터넷"]
style B fill:#fde68a,stroke:#f59e0b
6. 실제 예시① — 가정용 유선 구성
flowchart LR
A["PC
NIC: 192.168.0.10"] --> B["ipTIME 스위치 (L2)"] B --> C["ipTIME 공유기
라우터 기능 + NAT"] C --> D["KT 광모뎀 (Public IP)"] D --> E["인터넷 / Cloud 서버"] style C fill:#fef9c3,stroke:#facc15 style D fill:#dcfce7,stroke:#16a34a
NIC: 192.168.0.10"] --> B["ipTIME 스위치 (L2)"] B --> C["ipTIME 공유기
라우터 기능 + NAT"] C --> D["KT 광모뎀 (Public IP)"] D --> E["인터넷 / Cloud 서버"] style C fill:#fef9c3,stroke:#facc15 style D fill:#dcfce7,stroke:#16a34a
- ipTIME 공유기 : NAT + DHCP + 무선 AP 내장
- KT 광모뎀 : ISP(통신사) 연결용, 광회선 신호 복조
- LAN 케이블 Cat6 : 내부 네트워크 전송
7. 실제 예시② — 기업형 스위칭 구조
flowchart TD
subgraph Access["Access Layer"]
A1["PC / IoT"] --> S1["L2 Switch"]
end
subgraph Distribution["Distribution Layer"]
S1 --> S2["L3 Switch
VLAN / Routing"] end subgraph Core["Core Layer"] S2 --> R1["Router / Firewall"] R1 --> I["ISP Router"] end style Access fill:#e0f2fe,stroke:#0284c7 style Distribution fill:#fef9c3,stroke:#facc15 style Core fill:#dcfce7,stroke:#16a34a
VLAN / Routing"] end subgraph Core["Core Layer"] S2 --> R1["Router / Firewall"] R1 --> I["ISP Router"] end style Access fill:#e0f2fe,stroke:#0284c7 style Distribution fill:#fef9c3,stroke:#facc15 style Core fill:#dcfce7,stroke:#16a34a
Access Layer – 단말 연결 Distribution Layer – VLAN 라우팅 및 트래픽 제어 Core Layer – 외부 연결 및 보안 처리
8. 실제 예시③ — 데이터센터(서버실)
| 장비 | 역할 | 포트 유형 | 예시 |
|---|---|---|---|
| TOR Switch | 서버 직접 연결 | 10/25/40G | Cisco Nexus, Arista |
| Aggregation Switch | 여러 TOR 집합 | 40/100G | Spine 구조 |
| Router | 외부망 연결 | 100G | Juniper, Huawei |
| Patch Panel | 케이블 정리 | RJ-45 / LC | 1U/2U 단위 |
| Fiber Module | 광 트랜시버 | SFP+, QSFP | 광케이블 연결용 |
graph TD
SRV["서버랙"] --> TOR["Top-of-Rack Switch"]
TOR --> AGG["Aggregation Switch"]
AGG --> CORE["Core Router"]
CORE --> INTERNET["ISP Backbone"]
9. 물리 계층 장애 예시
| 증상 | 원인 | 조치 |
|---|---|---|
| Ping 지연 / 끊김 | 케이블 손상, 접촉 불량 | 케이블 교체 |
| 포트 링크 불안정 | 속도/듀플렉스 불일치 | Auto-Negotiate 설정 |
| 간헐적 패킷 손실 | EMI 간섭, 길이 초과 | STP 케이블, 거리 단축 |
| 전송 속도 저하 | Cat5e vs Cat6 불일치 | 케이블 등급 교체 |
10. 주요 측정 장비 예시
| 장비 | 용도 | 설명 |
|---|---|---|
| LAN 테스터 | 케이블 결선 테스트 | T568A/B 확인 |
| 광 파워미터 | 광신호 세기 측정 | dBm 단위 |
| 케이블 분석기 | 노이즈 / 손실 진단 | CAT6 인증 |
| PoE 테스터 | 전원공급 유무 확인 | IP카메라 점검용 |