4. NIC와 케이블

알아볼 내용

1. 물리 계층과 데이터 링크 계층에서의 통신 매체 관련 장비인 NIC와 여러 케이블

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NIC (Network Interface Controller) : 호스트와 유무선 통신 매체를 연결하고 정보 변환을 담당하는 MAC 주소가 부여되는 네트워크 장비

• 호스트가 통신 매체를 통해 흐르는 전기, 빛 등 다양한 신호를 이해하려면 컴퓨터가 이해할 수 있는 정보 간의 변환이 필요
• NIC는 ‘귀’, ‘입’에 비유 가능 → ‘호스트를 네트워크 (LAN)에 연결하기 위한 하드웨어’

NIC 생김새

• NIC를 부르는 말은 다양함
  • 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, LAN 카드, 네트워크 카드, 이더넷 카드 등…
  • 초기에는 확장 카드 형태로 따로 연결해서 사용
• 최근에는 USB로 연결하거나, 마더보드¹에 내장된 NIC가 있음
  • USB로 연결하는 형태
    

NIC 역할 : 통신 매체에 흐르는 신호를 호스트가 이해하는 프레임으로 변환하거나 반대로 호스트가 이해하는 프레임을 통신 매체에 흐르는 신호로 변환

• 호스트가 네트워크를 통해 송수신하는 정보는 NIC를 거침 → 네트워크 인터페이스 역할 수행
• MAC 주소를 통해 자기 주소, 수신되는 프레임의 수신지 주소 인식
• 도달한 프레임이 자신과 무관한 수신지 MAC 주소가 명시된 프레임이라면 폐기 혹은 FCS 필드로 오류 검출해 폐기
• NIC마다 지원되는 속도도 다름. 고속 NIC 따로 있음

네트워크 인터페이스 (Network Interface)

컴퓨터가 네트워크 (인터넷, 내부망 등)와 통신할 수 있게 해주는 “창구” 역할의 장치 도는 가상 장치

• 종류 및 예시
  • 물리적 인터페이스 : NIC
    • 유선 랜카드 : eth0, en0 (케이블)
    • 무선 랜카드 : wlan0, en1 (Wi-Fi)
  • 가상 인터페이스 : 소프트웨어적으로 만들어진 것
    • 루프백 : lo, lo0 (자기 자신과 통신, `127.0.0.1)
    • 브릿지 : bridge0, docker0 (여러 네트워크를 묶어주는 가상 스위치)
    • 도커/가상머신용 : 컨테이너나 VM에서 만들어지는 네트워크 창구

즉, 네트워크 인터페이스는 네트워크에 연결된 “포트 (문)” 또는 “입구”로 컴퓨터가 네트워크에 들어가거나, 다른 장치와 데이터를 주고받는 경로

NIC와 거의 유사한 의미이지만 엄밀히 말하면 NIC는 실제 하드웨어 를 말하고 네트워크 인터페이스는 실제 하드웨어 + 가상 인터페이스 를 의미

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케이블 (Cable) : NIC에 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체

트위스티드 페어 케이블 (Twisted Pair Cable)

• 호스트가 아무리 빨리 데이터 처리 가능해도, 통신 매체가 해당 속도 따라잡지 못하면 무용지물
• 트위스티드 페어 케이블은 가장 대중적인 LAN 케이블로 구리선으로 전기 주고받음

생김새 : 케이블 본체 + 커넥터

• 커넥터 : 트위스티드 페어 케이블에서는 주로 RJ-45 사용
  
• 케이블 본체 : 구리 선이 두 가닥씩 꼬여 있음
  • 구리 선간 전자적 간섭으로 노이즈 발생이 쉬움 → 그물 모양의 철사 또는 포일로 감싸 보호 (차폐)
    • 그물 모양의 철사 : braided shield
    • 그물 모양의 포일 : foil shield
      ²

Shield에 따른 분류

• 크게 3개로 분류
  • STP (Shielded Twisted Pair) 케이블 : braided shield 사용
  • FTP (Foil Twisted Pair) 케이블 : foil shield 사용
  • UTP (Unshielded Twisted Pair) 케이블 : 아무것도 감싸지 않은 구리 선만 있음
• 더 세분화 → “XX/YTP”
  • X : U, S, F 중 하나 혹은 두 개 명시 (UTP, STP, FTP)
  • Y : 꼬인 구리 선 쌍을 감싸는 실드 종류 명시
  • 예시
    • S/FTP : 케이블 외부는 braided shield로 보호, 각 구리 선 쌍은 foil shield
    • F/FTP : 케이블 외부, 구리 선 쌍 모두 foil shield
    • SF/FTP : 케이블 외부는 braided, foil shield, 구리 선 쌍은 foil shield
    • U/UTP : 아무것도 감싸지 않음

카테고리에 따른 분류

• 카테고리 (Cat) : 트위스티드 페어 케이블의 성능 등급 구분하는 역할. 높을수록 좋음

특징	Cat5	Cat5e	Cat6	Cat6a	Cat7	Cat8
지원 대역폭	100MHz	100MHz	250MHz	500MHz	600MHz	2GHz
주요 대응 규격	100BASE-TX	1000BASE-T	1000BASE-TX	10GBASE-T	10GBASE-T	40GBASE-T
전송 속도	100Mbps	1Gbps	1Gbps	10Gbps	10Gbps	40Gbps

광섬유 케이블 (Fiber Optic Cable)

• 빛 신호 이용해 전송
  • 속도 빠름, 먼 거리 전송 가능, 노이즈 영향 감소 ⇒ 대륙 간 네트워크 연결에도 사용

생김새 : 케이블 본체 + 커넥터

• 커넥터 : 종류가 다양. 주로 다음 LC, SC, FC, ST 4종류 사용
  
• 케이블 본체 : 빛을 운반하는 광섬유 다발로 구성
  • 코어 (core) : 광섬유의 중심으로 실질적으로 빛이 흐르는 부분
  • 클래딩 (cladding) : 코어를 둘러싼 부분으로 빛이 코어 안에서만 흐르도록 빛을 가두는 역할 (빛 굴절율 차이로)

코어 지름에 따른 구분

• 싱글 모드 광섬유 케이블 (SMF) : 코어 지름 8~10$\mu m$
  • 지름이 작아 빛의 이동 경로가 하나 이상을 갖기 어려워서 single mode
  • 신호 손실 적어 장거리 전송에 적합 → 수십 KM
  • 비용 높음
  • 장파장 빛 사용
  • 대표적인 케이블 규격 : 1000BASE-LX, 10GBASE-LR
• 멀티 모드 광섬유 케이블 (MMF) : 코어 지름 50~62.5 $\mu m$
  • 빛이 여러 경로로 이동 가능
  • 신호 손실 클 수 있어 장거리 부적합 → 수백 M~ 수 KM 정도
  • 단파장 빛 사용
  • 대표적인 케이블 규격 : 1000BASE-SX, 10GBASE-SR

Footnotes

1. CPU, 메모리, 보조기억장치 등 컴퓨터 주요 부품 연결할 수 있는 기판 ↩

2. 우측 그림은 엄밀하게 S/FTP 케이블 ↩