데이터 링크 계층의 역할과 이더넷
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랜에서 데이터를 주고 받으려면 두번째 계층인 데이터 링크 계층의 기술이 필요하다.
(랜 - 비교적 가까운 거리에 위치한 장치들을 서로 연결한 네트워크) -
데이터 링크 계층 : 네트워크 장비 간에 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층으로, 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층이다.
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이더넷 : 랜에서 적용되는 규칙들 중 가장 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙이다. 이더넷은 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고 받을 때 사용한다.
(허브 - 랜을 구성할 때 한 사무실이나 가까운 거리에 있는 장비들을 케이블을 사용하여 연결하는 장치로, 전기 신호를 복원시키고, 해당 전기 신호를 전달받은 포트를 제외한 모든 포트에게 전달한다.)-
허브는 신호를 전송한 포트를 제외하고 모든 포트에게 전기 신호를 전달하므로, 이런 경우를 위해 데이터를 전송받고자 하는 포트 이외에 다른 포트가 데이터 내용을 못보게 하는 규칙이 정해져 있다.
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그 규칙에 따라 한 컴퓨터에서 전송하는 메시지에 목적지 정보를 추가해서 보내고, 목적지 이외의 컴퓨터는 데이터를 받아도 무시한다.
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허브는 들어온 데이터를 그대로 모든 포트에 보내기만 하므로, 컴퓨터가 여러 대가 동시에 데이터를 보내면 데이터들이 서로 부딪칠 수 있는 데 이를 충돌(collision)이라고 한다.
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CSMA/CD(송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지) : 이더넷에서 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않도록 데이터를 보내는 시점을 늦추는 방법
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CS : '데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다'는 규칙
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MA : '케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다'는 규칙
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CD : '충돌이 발생하고 있는 지를 확인한다'는 규칙
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지금은 효율이 좋지 않다는 이유로 CSMA/CD는 거의 사용하지 않는다. 대신 스위치라는 네트워크 장비를 사용하면 충돌이 일어나지 않는다.
MAC 주소의 구조
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MAC 주소 : 랜 카드는 비트열(0과 1)을 전기 신호로 변환하며, 각 기기마다 MAC 주소라는 번호가 정해진다. 제조할 때 새겨지므로 물리 주소라고 하며, 전 세계에서 유일한 번호로 할당된다. MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어있으며, 그중 앞 쪽 24비트는 랜 카드를 만든 제조사 번호고, 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련 번호이다.
00-23-AE -D9-7A-9A
[제조사 번호][제조사에서 붙인 일련 번호]
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이더넷 헤더와 트레일러 : OSI 모델에서 데이터 링크 계층에서, TCP/IP 모델에서는 네트워크 계층에서 붙이는 헤더와 트레일러이다. 이더넷 헤더는 목적지의 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트) 이렇게 총 14바이트로 구성된다.
- 이더넷 유형(Ethernet type) : 이더넷 헤더에서 2바이트를 차지하는 정보로, 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타낸다. 프로토콜에 따라 표현되는 숫자는 다음과 같다.
유형 번호 | 프로토콜 |
0800 | IPv4 |
0806 | ARP |
8035 | RARP |
814C | SNMP over Ethernet |
86DD | IPv6 |
- FCS(Frame Check Sequence) : 데이터 링크 계층 혹은 네트워크 계층에서 데이터 뒤에 붙는 트레일러로, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용된다.
- 프레임 : 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터
- 즉 A 컴퓨터(MAC : aa-aa-aa-aa-aa-aa)에서 허브를 통해 B컴퓨터(MAC : bb-bb-bb-bb-bb-bb)로 데이터를 전송할 때
- A 컴퓨터에서 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하는 캡슐화 과정을 통해 프레임을 만들고, 물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기 신호로 바꾼 후, 네트워크를 통해 전송한다.
- 허브는 이 데이터를 받아 허브에 연결된 모든 포트에 데이터를 전송한다. 그러나 B 컴퓨터를 제외한 다른 포트에서는 목적지의 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 달라 데이터를 파기한다.
- 반면 B 컴퓨터는 목적지의 MAC 주소와 자신의 MAC 주소가 같음을 확인하고, 헤더와 트레일러를 분리하는 역캡슐화를 통해 데이터를 수신한다.
스위치의 구조
- 스위치(switch) : 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불린다. 장비 외형은 허브와 비슷하나, 기능하는 것은 완전히 다르다.
- MAC 주소 테이블(MAC address table) : 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결된 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터 베이스이다. 컴퓨터에서 MAC 주소가 추가된 프레임이 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하여, MAC 주소가 등록되어있지않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록한다.
- 플러딩(flooding) : 스위치가 데이터를 전송받을 때, 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어있지 않을 경우, 데이터를 전송한 포트를 제외한 모든 포트에 데이터를 전송
- MAC 주소 필터링 : 목적지의 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록된 경우, 그 목적지에 연결된 포트로만 데이터를 전송
데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조
- 전이중 통신 방식 : 데이터 송수신을 동시에 하는 방식으로 데이터를 동시에 보내도 충돌이 발생하지 않는다. 스위치가 작동하는 방식이다.
- 반이중 통신 방식 : 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가며 하는 방식으로 데이터를 동시에 보내면 충돌이 발생한다. 허브가 작동하는 방식이다.
- 전이중 통신 방식은 데이터의 전송과 수신이 동시에 가능하므로 효율도 높다.
- 충돌 도메인(collision domain) : 반이중 통신 방식에서 데이터를 동시에 전송하여 충돌이 발생했을 때, 그 영향이 미치는 범위. 충돌 도메인의 범위가 넓을 수록 네트워크가 지연된다.
- 허브에서는 허브의 모든 포트에 연결된 컴퓨터들이 충돌 도메인이 된다.
- 스위치는 전이중 통신 방식이므로 충돌이 일어나지 않고, 충돌 도메인의 범위도 각 포트 별로 나눠져 서로 다른 컴퓨터에 영향을 미치지 못한다.
- ARP(Address Resolution Protocol) : 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용하여 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜이다.
- ARP 요청 : 이더넷 프레임을 전송하려면 목적지 컴퓨터의 MAC 주소를 알기 위해 출발지 컴퓨터에서 네트워크에 보내는 브로드 캐스트이다.
- ARP 응답 : ARP 요청에서 보내는 IP 주소를 갖고 있는 컴퓨터만이 보내는 응답이다. 이 응답으로 출발지 컴퓨터는 목적지 컴퓨터의 MAC 주소를 알아내어 이더넷 프레임을 만든다.
- ARP 테이블 : 출발지 컴퓨터에서 목적지의 MAC 주소를 얻은 후에 메모리에 저장하는 MAC 주소와 IP 주소의 매핑 정보로, 이후 데이터 통신은 자신의 컴퓨터에 보관된 ARP 테이블을 참고한다.
- IP 주소가 바뀌면 MAC 주소도 함께 바뀌므로, 제대로 통신할 수 없으니, ARP 테이블에서는 보존 기간을 ARP 캐시로 지정하고, 일정 시간이 지나면 삭제한다. ARP 캐시의 내용을 확인하거나, 강제로 삭제하는 명령어가 운영체제마다 있다.
이더넷 규격
- 이더넷 규격은 케이블의 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류된다.
규격 이름 | 통신 속도 | 케이블 | 케이블 최대 길이 | 표준화 속도 |
10BASE5 | 10Mbps | 동축케이블 | 500m | 1982년 |
10BASE2 | 10Mbps | 동축케이블 | 185m | 1988년 |
10BASE-T | 10Mbps | UTP케이블(Cat3이상) | 100m | 1990년 |
100BASE-TX | 100Mbps | UTP케이블(Cat5이상) | 100m | 1995년 |
100BASE-T | 1000Mbps | UTP케이블(Cat5이상) | 100m | 1999년 |
10GBASE-T | 10Gbps | UTL케이블(Cat6a이상) | 100m | 2006년 |
10 BASE - T
[통신속도][전송방식][케이블]
- 규격 이름에서 첫번째는 Mbps 단위의 통신속도를 의미하고, BASE는 BASEBAND라는 전송방식을 나타낸다. T는 케이블 종류를 말한다. 케이블 종류를 표시할 때는 동축 케이블과 UTP 케이블의 표현 형식이 다르다.
- 동축 케이블은 케이블의 최대길이를 100미터 단위로 표시한다.
- UTP 케이블은 하이픈(-) 뒤에 케이블의 종류를 표시한다.
- 최근 컴퓨터의 랜 포트는 1000BASE-T가 일반적이다(2018년 6월 기준). 점점 10GBASE-T도 많이 사용되고 있다.
BASEBAND란?
숫자 정보를 전기 신호로 변환할 때, 아날로그 신호가 아닌 디지털 신호를 그대로 수신측에 전송하는 방식을 말하며, 장거리 전송보다는 근거리 통신 방식에 적합하다.
출처 : https://m.blog.naver.com/PostView.nhnblogId=jvioonpe&logNo=220227244403&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
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