[network] 혼자 공부하는 네트워크 02-2 NIC와 케이블 (240711)

NIC(Network Interface Controller)

• 호스트와 통신 매체를 연결하고, MAC 주소가 부여되는 네트워크 장비

케이블(cable)

• NIC에 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체
• ex. 트위스티드 페어 케이블, 광섬유 케이블

 

1. NIC

• 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, LAN 카드, 네트워크 카드, 이더넷 카드(이더넷 네트워크의 경우) 등 다양한 명칭으로 불림
• 요즘은 마더보드에 내장되어 있거나 USB로 연결이 가능한 형태가 대부분임
• 호스트를 네트워크(LAN)에 연결하는 장비
• 통신 매체 신호와 컴퓨터가 이해하는 정보 상호 변환
  - 호스트가 네트워크를 통해 송수신하는 정보는 NIC를 거치게 됨
  - 네트워크 인터페이스(network interface) 역할을 수행
  cf. interface: 접점, 통로

https://www.youtube.com/watch?v=Ywg2BzLvWpc&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=16&t=1s

NIC는 MAC 주소를 인식

• 자신과는 관련 없는 수신지 MAC 주소가 명시된 프레임 폐기
• 프레임의 수신지 MAC 주소가 자기 거라면 역캡슐화를 통해 호스트에게 전달할 수 있음
• FCS 필드를 토대로 오류를 검출해 잘못된 프레임 폐기

 → NIC가 정보를 처리하는 성능도 네트워크 송수신 성능에 아주 큰 영향을 끼친다

 

NIC 속도와 성능의 관계

• NIC마다 지원되는 속도가 다르다는 점에 유의
• NIC의 지원 속도는 10Mbps~100Gbps에 이르기까지 NIC마다 다름
• 네트워크 속도에 영향을 끼침
• (내장된 NIC가 있어도) 높은 대역폭에서 많은 트래픽을 감당해야 하는 환경에서는 고속 NIC를 추가하기도 함

2. 케이블

① 트위스티드 페어 케이블(twisted pair cable)

• 구리 선으로 전기 신호를 주고받는 통신 매체
• 생김새 = 커넥터 + 케이블 본체
  - 커넥터(connector): 주로 활용되는 커넥터는 RJ-45
  - 케이블 본체: 구리 선이 두 가닥(pair)씩 꼬아진(twisted) 형태

* RJ-45

https://www.vcelink.com/blogs/focus/rj45-connector-101

구리 선은 노이즈에 민감

• 차폐(shielding) - 구리 선 주변을 감싸 노이즈를 감소시키는 방식
• 종류는 브레이드 실드(braided shield) 혹은 포일 실드(foil shield)

실드에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류

어떤 실드를 사용했는지에 따라 트위스티드 페어 케이블의 종류를 나눌 수 있다. 

• STP(Shielded Twisted Pair) - 브레이드 실드로 감싼 케이블
• FTP(Foil Twisted Pair) - 포일 실드로 노이즈를 감소시킨 케이블
• UTP(Unshielded Twisted Pair) - 아무것도 감싸지 않은 구리 선만 있는 케이블, 차폐를 하지 않은 케이블

https://www.youtube.com/watch?v=Ywg2BzLvWpc&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=16

https://www.wenchangcable.com/news/what-is-utp-ftp-sftp-network-cable

카테고리에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류

카테고리가 높을수록 ...

• 지원 가능한 대역폭이 높아짐
• 송수신할 수 있는 데이터의 양이 많아짐
• 일반적으로 더 빠른 전송이 가능함

https://www.youtube.com/watch?v=Ywg2BzLvWpc&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=16

② 광섬유 케이블

• 빛(광신호)을 이용해 정보를 주고받는 케이블
• 전기 신호를 이용하는 케이블에 비해 속도도 빠르고, 먼 거리까지 전송 가능
• 노이즈로부터 간섭받는 영향도 적으므로 대륙 간 네트워크 연결에도 사용 (해저 케이블)
• 개발자 입장에서 광섬유 케이블이 트위스티드 페어 케이블만큼 많이 사용되는가를 생각해 보면 아닐 수 있다
  - 데이터센터에서도 트위스티드 페어 케이블을 거의 대부분 사용하기 때문
  - 하지만 광섬유 케이블도 중요한 역할을 수행하기에 알고 가면 좋음
• 생김새 = 커넥터 + 본체
  커넥터 종류 다양하다(LC 커넥터, SC 커넥터, FC 커넥터, ST 커넥터)

https://www.youtube.com/watch?v=Ywg2BzLvWpc&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=16

https://fibconet.com/ko/what-is-fiber-optic-patch-cord/

광섬유 케이블 본체 내부

• 광섬유 케이블 본체 내부는 머리카락과 같은 형태의 광섬유로 구성
  - 광섬유는 빛을 운반하는 매체
  - 광섬유 중심에는 코어(core): 코어는 광섬유에서 실질적으로 빛이 흐르는 부분
  - 코어를 둘러싸는 클래딩(cladding): 빛이 코어 안에서만 흐르도록 빛을 가두는 역할

https://www.youtube.com/watch?v=Ywg2BzLvWpc&list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&index=16

코어의 지름에 따른 광섬유 케이블 종류

• 싱글 모드 광섬유 케이블(SMF; Single Mode Fiber)
• 멀티 모드 광섬유 케이블(MMF; Multi Mode Fiber)

1. 싱글 모드 광섬유 케이블 (SMF)

• 코어의 지름이 8~10μm(=마이크로미터)
  cf. 사람의 머리카락 평균 두께: 50~150μm
• 코어의 지름이 작으면 빛의 이동 경로가 하나 이상을 갖기 어려움: '모드가 하나'
  -- 되도록 직진하도록 이동할 수밖에 없음
  -- 일직선으로 빛이 이동하기 용이하게끔 장파장의 빛 사용
• (장점) 신호 손실이 적기에 장거리 전송에 적합
• (단점) 멀티 모드에 비해 일반적으로 비용이 높음
• 싱글 모드 케이블은 파장이 긴 장파장의 빛을 사용
• ex. 1000BASE-LX, 10GBASE-LR

2. 멀티 모드 광섬유 케이블 (MMF)

• 코어의 지름이 50~62.5μm(=마이크로미터)
• 빛이 여러 경로로 이동할 수 있음: '모드가 여러 개'
• 멀티 모드는 싱글 모드보다 전송 시 신호 손실이 클 수 있기에 (싱글 모드에 비해) 장거리 전송에는 부적합
• 멀티 모드 케이블은 싱글 모드에 비해 단파장의 빛을 사용
• ex. 1000BASE-SX, 10GBASE-SR

https://medium.com/@fiberstoreorenda/comparison-between-mmf-and-smf-optical-cables-757f108a4e6e

케이블 색상으로 분류하는 싱글 모드와 멀티 모드

• 싱글 모드 광섬유 케이블의 본체는 대부분 노란색과 파란색
• 멀티 모드 광섬유 케이블은 오렌지색과 아쿠아색

https://medium.com/@fiberstoreorenda/comparison-between-mmf-and-smf-optical-cables-757f108a4e6e