모두의 네트워크 4장 - 랜에서 데이터 전송하기

Lesson 12 - 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

랜에서 데이터를 주고받기 위해서는 데이터 링크 계층의 기술이 필요

이더넷(Ethernet) : 데이터 링크 계층에서 네트워크 장비간에 신호를 주고받는 규칙 중 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙

이더넷은 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용하며, 전송하는 데이터에 목적지 정보를 추가하여 목적지가 아닌 컴퓨터는 해당 데이터를 무시하도록 함

허브에 컴퓨터 여러대가 동시에 데이터를 보낼시 충돌(collision)이 발생할 수 있으나, 이더넷에서는 데이터가 전송되는 시점을 늦추는 CSMA/CD(반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지) *를 사용하여 충돌을 방지

• CS - 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고있는지 아닌지를 확인하는 규칙
• MA - 데이터가 흐르고있wl 않다면 데이터를 보내도 좋다는 규칙
• CD - 충돌이 발생하고 잇는지를 확인하는 규칙

단, 현재는 효율상의 이유로 CSMA/CD를 거의 사용하지 않고 충돌이 발생하지 앟는 스위치를 사용

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Lesson 13 - MAC 주소의 구조

MAC 주소(Medium Access Control Address) : 랜 카드 제조시 새겨지는 물리 주소로 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어있음

48비트 숫자로 구성되어있으며 앞 24비트는 랜 카드 제조사 번호, 뒤 24비트는 제조사가 붙이는 일련번호

 

데이터 링크 계층에서는 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임

이더넷 헤더는 목적지 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 상위 계층 프로토콜 유형(2바이트)의 14바이트로 구성

트레일러는 FCS(Frame Check Sequence)라고도 하며, 데이터 전송 도중의 오류 발생 여부를 확인하는 용도로 사용

이렇게 이더넷 헤더 및 트레일러가 추가되어 캡슐화된 데이터를 프레임이라고 부름

이후 프레임은 물리 계층으로 넘어가 전기 신호로 변환되어 네트워크로 전달되고, 프레임을 수신한 컴퓨터에서는 역캡슐화를 통해 목적지 MAC 주소를 확인 후 자신이 목적지가 아닐경우 데이터를 파기

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Lesson 14 - 스위치의 구조

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블(MAC address table)이 존재(또는 bridge table이라고도 함)

MAC 주소 테이블은 데이터베이스로써 스위치의 포트 번호 및 해당 포트에 연결되어있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되어있음

스위치의 전원을 켜기 전에는 MAC 주소 테이블이 비어있으며, MAC 주소 학습 기능을 통해 컴퓨터에서 프레임이 전송되었을 때 MAC 주소 테이블 확인 후 출발지 MAC 주소가 등록되어있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록함

 

플러딩(flooding) : 아직 목적지 MAC 주소가 테이블에 등록되어있지 않았을 때, 출발지 포트 이외의 포트들에 데이터가 모두 전송하는 과정

MAC 주소 필터링 : 목적지 MAC 주소가 이미 테이블에 등록되어있을 경우 해당 목적지에만 데이터를 전송하는 과정

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Lesson 15 - 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

전이중 통신 방식 : 데이터의 송수신을 동시에 통신, 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않음

컴퓨터간을 직접 랜 케이블로 연결하는 방식,  스위치에 연결하여 통신하는 경우가 이에 해당

반이중 통신 방식 : 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신, 데이터를 동시에 전송시 충돌이 발생

허브에 연결하여 통신하는 경우가 이에 해당

 

충돌 도메인(collision domain) : 충돌시 영향이 미치는 범위

허브에서는 연결되어있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 됨

스위치에서는 충돌이 일어나지 않고, 충돌 도메인의 범위 역시 각 컴퓨터 및 포트로 좁음

따라서 현재는 대부분이 허브 대신 스위치를 사용함

 

ARP(Address Resolution Protocol) : 목적지 컴퓨터 IP 주소를 이용해 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜

출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모를 경우 네트워크에 브로드캐스트를 하는 ARP 요청을 수행

해당 요청에 대해 지정된 IP 주소를 가진 컴퓨터가 자신의 MAC 주소를 응답으로 보내는 ARP 응답을 수행하고, 이렇게 얻은 MAC 주소를 출발지 컴퓨터에서 IP 주소와 매핑하여 ARP 테이블에 저장하며 이더넷 프레임을 생성함

단, IP 주소 변경시 매핑한 데이터가 어그러지므로 ARP 테이블의 보존 기간을 ARP 캐시로 지정하여 일정 시간이 지나면 삭제 후 재요청함

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Lesson 16 - 이더넷의 종류와 특징

이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류됨

통신 속도, 전송 방식, 사용하는 케이블 종류에 따라 이름지어짐

동축 케이블의 경우 전송 방식 뒤 케이블 최대 길이를 표시하고, UTP 케이블의 경우 전송 방식 뒤 하이픈과 케이블 종류를 붙임

최근 컴퓨터의 랜 포트는 1000BASE-T가 일반적이며 10GBASE-T도 늘어나는 추세

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연습문제

1. 이더넷에서는 데이터의 충돌을 방지하는 규칙으로 CSMA/CD 방식을 사용한다.

2. MAC 주소는 48비트다.

3. 이더넷 헤더는 14바이트로 구성되어있는데, 그중 목적지 MAC 주소가 6바이트, 출발지 MAC 주소가 6바이트, 유형이 2바이트다.

4. 데이터 링크 계층에서 데이터의 마지막에 추가되는 것을 트레일러라고 한다.

5. 스위치의 포트 번호와 그 포트에 접속하는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스를 MAC 주소 테이블이라고 한다.

6. 스위치가 수신 포트 이외의 포트에 데이터를 송신하는 것을 플러딩이라고 한다.

7. 전이중 통신 방식이란 데이터의 송신과 수신이 동시에 일어나는 통신 방식이다.

8. 반이중 통신 방식이란 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가며 하는 통신 방식이다.

9. 데이터의 충돌이 발생하여 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.

10. 이더넷 규격 10BASE2 케이블의 최대 길이는 185미터다.

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용어정리

• 데이터 링크 계층(data link layer) : 네트워크 기기간에 데이터를 전송하고 물리 주소를 결정
• 이더넷(Ethernet) : 컴퓨터 네트워크 기술 중 하나로 일반적으로 사용되는 랜에서 가장 많이 활용되는 기술 규격
• 충돌(collision) : 데이터를 한번에 하나만 전송할 수 잇는 채널에 전송 장치 두개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때 발생하는 데이터 충돌
• MAC 주소(Medium Access Control Address) : 랜에 사용되는 네트워크 모델인 이더넷의 물리적인 주소, 컴퓨터 네트워크에서 각각의 기기를 구분하기 위해 사용
• 스위치(switch) : 랜을 구성할 때 사용하는 단말기간 스위칭 기능이 있는 통신망 중계 장치, 호스트에서 특정한 다른 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능으로 인해 통신 효율이 향상됨
• 전이중 통신 방식(full-duplex communication) : 전화 회선과 같이 송수신이 양쪽에서 동시에 이루어지는 양방향 통신으 서로 다른 회선 또는 주파수를 이용하여 데이터 신호가 충돌되는 상황을 방지, 스위칭 허브 사용시 랜 카드 및 허브간의 동시 송수신이 가능
• ARP(Address Resolution Protocol, 주소 변환 프로토콜) : 네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜, IP 주소를 물리 주소인 MAC 주소로 변환하는데 사용
• ARP 캐시(ARP cache) : 가장 최근에 변환한 'IP 주소에 링크되는 MAC 주소'를 보관하고있는 램(RAM)의 한 영역
• ARP 요청(ARP request) : IP 주소를 대치할 수 있는 물리 주소인 MAC 주소를 찾아내기 위해 보내는 브로드캐스트 패킷 요청
• ARP 응답(ARP reply) : ARP 요청에 대한 응답, 요청한 IP 주소에 대한 MAC 주소