1. 물리 계층 (Physical Layer)의 개요
| 개념도 | |
|---|---|
| 개념 | OSI 7 Layer 중 1계층으로, 데이터를 비트 단위로 변환하여 부호화, 디지털 변조 통해 전기·광·주파수 신호로 바꾸고 물리적 매체를 통해 전송하는 계층 |
| 특징 | – 전기·광 신호를 전송하는 비트(Bit) 단위 데이터 처리로 물리 매체 상의 동기화를 유지 – 전송 부호화와 디지털 변조 기술을 활용해 데이터를 물리적 신호 형태로 변환 및 제어 |
- 물리 계층은 OSI 7 Layer 중 1 계층으로, 인접 노드 간 유선 또는 무선으로 물리적 연결하여 변조 및 동기화 유지하며 신호를 전달
2. 물리 계층의 핵심 기술요소
| 구분 | 기술요소 | 역할 |
|---|---|---|
| 부호화 | 소스 코딩 (Source Coding) | – 정보의 효율적 전송 위해 불필요 정보를 제거하는 전송량 절감 기술 – Huffman Coding, Arithmetic Coding, RLE, DCT, LPC 등 |
| 채널 코딩 (Channel Coding) | – 디지털 신호를 오류 검출 등 전송 선로에 적합하게 만드는 변환 기술 – Hamming Code, RS Code, CRC, Turbo Code, LDPC 등 | |
| 라인 코딩 (Line Coding) | – 수신측 동기 재생, 오류 검출용 신호 전달 위한 신호 변환 기술 – Unipolar/Polar/Bipolar, NRZ/RZ/AMI 등 | |
| 변조 | 진폭 변조 (ASK) | – 디지털 비트에 따라 반송파 진폭을 변화시키는 변조 기술 – OOK (On-Off Keying), M진 ASK, DSB-SC, SSB, VSB 등 |
| 주파수 변조 (FSK) | – 디지털 신호에 맞춰 반송파 주파수를 다르게 하는 변조 기술 – FSK, GFSK, MFSK, CPFSK, NBFM/WBFM 등 | |
| 위상 변조 (PSK) | – 디지털 비트에 따라 반송파 위상을 변화시키는 변조 기술 – BPSK, QPSK, 8-PSK, OQPSK, DPSK, QAM 등 | |
| 전송 방식 | 단방향 방식 (Simplex) | – 한 방향으로만 데이터를 전송하는 심플렉스 전송 기술 – 단방향 광링크, 지상파/위성방송, 센서 데이터 전송 등 |
| 반이중 방식 (Half-Duplex) | – 회선 하나로 송수신을 교대로 수행하는 전송 기술 – RS-485, CSMA/CD, CSMA/CA, PTT(Push-to-Talk) 등 | |
| 전이중 방식 (Full-Duplex) | – 독립된 경로로 송수신을 동시에 수행하는 전송 기술 – RS-422, 이더넷, FDD, USB, VoIP/PSTN 등 |
- 물리 계층의 부호화와 변조 기술을 효과적으로 구현 위해 신호 감쇠와 대역폭을 고려한 UTP, STP 및 광케이블(MMF, SMF) 등 표준 규격의 전송 매체가 필수적
3. 물리 계층의 유선(Wire) 표준
(1) 구리선(UTP, STP 등)의 물리 계층(PHY) 및 케이블 표준
| 물리 계층 | 케이블 표준 | 규격 및 용도 |
|---|---|---|
| 10BASE-T | Cat3 | 10 Mbps, 전화선, IEEE 802.3 |
| 20BASE-T | Cat4 | 16 Mbps, 거의 사용되지 않음, IEEE 802.3 |
| 100BASE-T | Cat5 | 100 Mbps, LAN 연결, IEEE 802.3u |
| 1000BASE-T | Cat5e, Cat6 | 1 Gbps, LAN, 초고속 광대역, IEEE 802.3ab |
| 2.5GBASE-T | Cat5e, Cat6 | 2.5 Gbps, LAN, 초고속 광대역, IEEE 802.3bz |
| 5GBASE-T | Cat6 | 5 Gbps, LAN, 초고속 광대역, IEEE 802.3bz |
| 10GBASE-T | Cat7 | 10 Gbps, 초고속 광대역, IEEE 802.3an |
| 25GBASE-T | Cat8 | 25 Gbps, 초고속 광대역, IEEE 802.3bq |
| 40GBASE-T | Cat8 | 40 Gbps, 초고속 광대, IEEE 802.3bq |
- T는 Twist Pair를 의미, 이더넷의 통신 규격 명칭은 속도(Mbps/Gbps) + 전송방식(BASE/BROAD) + 전송매체/거리 형식으로 표기하며 공식 표준 정보는 IEEE 802.3 Working Group에서 확인 가능
(2) 광섬유(OJC)의 케이블 표준
| 구분 | 케이블 표준 | 규격 및 용도 |
|---|---|---|
| Multi-mode (SX) | OM1 / OM2 | 코어 62.5㎛(OM1) 또는 50㎛(OM2) 규격. 오렌지색 자켓이 특징이며, 기가비트(1G) 이하 단거리용 |
| OM3 | 아쿠아 색상, 10Gbps 대역폭을 최대 300m까지 지원하도록 최적화된 레이저 등급(Laser-Optimized) MMF | |
| OM4 | 아쿠아/핫핑크 색상, OM3의 개량형으로, 10G 링크 최대 400m, 40G/100G 링크 최대 150m 전송, 데이터센터 내부 연결용 | |
| OM5 | 라임그린 색상, 단일 광섬유에 여러 파장을 수용하는 SWDM을 지원하여 100G/400G 인프라의 케이블 수량을 획기적으로 감소 | |
| Multi-mode (LX / LR) | OS1 | 노란색, 내부 감쇠 특성에 따라 분류. 주로 대형 건물 내부(Indoor)용 케이블 튜브 구조. 감쇠율이 약 1.0 dB/km 수준 |
| OS2 | 실외 지중 매설 및 관로용(Outdoor/Loose-tube). 수분에 강하고 감쇠율이 0.4 dB/km 이하로 낮아 장거리 광전송망에 사용 |
- 이더넷 구리선 케이블(UTP)은 TIA/EIA 표준에 따라 카테고리(Cat)로 분류하며, 광케이블(OJC)은 국제 표준(ISO/IEC 11801)에 따라 광케이블의 감쇠량과 대역폭 성능을 등급으로 분류하고 SFP와 같은 GBIC 모듈을 이용하여 연결
- 물리 계층의 케이블 기술 발전으로 구리선의 신호 감쇠 및 누화(EMI) 제약을 극복하고자 차폐(S/FTP)와 광케이블(MMF/SMF)이 적용되었으며, 향후 테라비트급 초고속 데이터 전송을 위한 차세대 광통신 인프라로 진화할 전망
물리 계층의 무선(Wireless) 표준은 추후 업데이트 예정
[참고]
- IEEE 802.3 ETHERNET WORKING GROUP
- ANSI/TIA, TIA/EIA-568
- ISO, ISO/IEC 11801