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물리적 계층의 숨겨진 힘: 왜 그것이 네트워크 운영의 초석인가?
컴퓨터 네트워크의 7계층 OSI 모델에서 물리 계층은 첫 번째이자 가장 낮은 계층입니다. 이는 장치 간의 물리적 연결과 가장 밀접한 관련이 있습니다. 물리 계층은 전송 매체에 대한 전기적, 기계적, 프로그래밍 인터페이스를 제공합니다. 이 계층은 전기 커넥터의 모양과 특성, 전송 주파수, 사용된 회선 코딩 등과 같은 저수준 매개변수를 정의하는 역할을 합니다. 오늘날 물리적 계층은 전용 PHY 칩이나 전자 설계 자동화(EDA)의 설계 모듈로 구현되는 경우가 많습니다.
물리 계층은 네트워크 노드를 연결하는 물리적 데이터 링크를 통해 원시 비트 스트림이 전송되는 방식을 결정합니다.
모바일 컴퓨팅에서는 MIPI Alliance의 *-PHY 계열 상호 연결 프로토콜이 널리 사용됩니다. OSI 모델의 역사적 맥락은 인터넷 프로토콜 제품군과 이더넷과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 기술은 같은 시기에 개발되었으며 초기에는 유사한 아이디어를 갖고 있었지만 일부 추상화 측면에서는 차이가 있었습니다. OSI 추상화는 인터넷 애플리케이션에 국한되지 않고 데이터 통신이나 컴퓨팅 전자 장치 등 모든 형태의 장치 상호 연결에 적용될 수 있습니다.
물리적 계층의 역할
물리 계층의 핵심 기능은 연결된 네트워크 노드 간에 원시 비트 스트림을 전송하는 방법을 정의하는 것입니다. 이러한 비트 스트림은 코드 단어나 기호로 그룹화되어 신호로 변환된 후 전송 매체를 통해 전송됩니다. 물리 계층은 네트워크의 전자회로 전송 기술을 포함하며, 고수준의 기능을 지원하는 기본 계층입니다. 이 계층은 다양한 특성을 지닌 하드웨어 기술을 통해 구현되어 상위 수준 기능에 대한 지원을 제공할 수 있습니다.
OSI 모델의 맥락에서 물리 계층은 데이터 링크 계층의 논리적 통신 요청을 하드웨어 특정 작업으로 변환하여 전자 신호의 전송이나 수신을 발생시킵니다.
물리적 신호 하위 계층
OSI(개방형 시스템 상호 연결) 아키텍처를 사용하는 네트워크에서 물리적 신호 하위 계층은 물리적 계층의 일부이며 데이터 링크 계층의 MAC(매체 접근 제어) 하위 계층과 상호 작용합니다. 이 하위 계층은 기호 인코딩, 전송, 수신 및 디코딩을 담당하며 전기적 절연 기능을 수행합니다.
인터넷 프로토콜 모음과의 관계
RFC 1122 및 RFC 1123에 정의된 인터넷 프로토콜 모음은 인터넷 및 유사한 네트워크에 대한 상위 수준의 네트워크 설명입니다. 이와 대조적으로, 이 모델은 물리적 인터페이스와 직접적으로 관련이 없기 때문에 하드웨어 수준의 사양 및 인터페이스를 구체적으로 다루는 계층을 정의하지 않습니다.
서비스
물리 계층이 수행하는 주요 기능과 서비스로는 비트별 또는 심볼별 데이터 전달과 전송 매체에 표준화된 인터페이스 제공이 있습니다. 여기에는 전기 커넥터 및 케이블에 대한 기계적 사양, 전송선 신호에 대한 전기적 사양 등이 포함됩니다. 물리 계층은 전자기 스펙트럼 할당, 신호 강도 지정 등 전자기 호환성을 담당합니다. 전송 매체는 전기 또는 광섬유일 수도 있고 무선 통신 링크일 수도 있습니다.
물리적 계층은 상위 계층을 지원하고 논리적 패킷을 생성하는 역할을 합니다.
데이터 흐름 관리 측면에서 물리 계층은 비트 동기화를 구현하고 동기 및 비동기 직렬 통신 모두에서 흐름 제어를 수행할 수 있습니다. 여러 네트워크 참여자가 전송 매체를 공유하는 것은 간단한 회로 교환이나 멀티플렉싱을 통해 이루어질 수도 있고, 이더넷의 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)와 같은 보다 복잡한 미디어 접근 제어 프로토콜을 통해 이루어질 수도 있으며, 이를 통해 채널을 보다 효과적으로 관리할 수 있습니다.
PHY 정의
PHY는 "물리적 계층"의 약자로, 일반적으로 OSI 모델에서 물리 계층 기능을 구현하는 반도체 회로입니다. PHY는 링크 계층 장치(종종 MAC이라고도 하며, Media Access Control의 약자)를 광섬유나 구리 케이블과 같은 물리적 매체에 연결합니다. PHY 장치는 일반적으로 물리적 코딩 하위 계층(PCS)과 물리적 매체 종속(PMD) 계층 기능을 포함합니다.
이더넷의 물리적 트랜시버
이더넷 PHY는 OSI 네트워크 모델의 물리 계층에서 작동하는 구성 요소입니다. 이는 이더넷의 물리적 계층 부분을 구현하며, 그 목적은 링크에 대한 아날로그 신호에 대한 물리적 액세스를 제공하는 것입니다. 일반적으로 시스템 내의 마이크로컨트롤러나 다른 미디어 독립 인터페이스(MII)와 인터페이스하여 고수준 기능을 처리합니다.
다른 응용 프로그램
무선 LAN이나 Wi-Fi의 경우 PHY 섹션에는 RF, 혼합 신호, 아날로그 섹션이 포함되는데, 이를 종종 트랜시버라고 합니다. 일반적으로 이러한 PHY 부분은 SOC(시스템 온 칩) 구현에서 MAC(매체 접근 제어) 계층과 통합됩니다. 비슷한 무선 응용 분야로는 3G, 4G, LTE, 5G, WiMAX, UWB가 있습니다. USB 컨트롤러의 PHY 칩은 디지털 부분과 변조 부분 사이에 브리지를 제공하는 데 사용됩니다.
이러한 기술은 전용 PHY 사양을 사용하여 구현되는 무선 통신부터 데이터 저장 기술까지 다양한 물리 계층 서비스를 지원합니다. 물리 계층은 전체 네트워크에서 초석 역할을 하지만, 실제로 그 내부 작동 방식을 이해하는 사람은 얼마나 될까요?
