네트워크 : 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

1. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

a. 데이터 링크 계층

• 데이터 링크 계층은 랜에서 데이터를 주고받기 위해 필요함
• 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
• 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층

b. 이더넷이란?

a-1. 이더넷

• 데이터 링크 계층에서 사용하는 규칙들 중 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙
• 랜에서 데이터를 정상으로 주고 받기 위해 적용되는 규칙
• 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용
• 보내려는 데이터에 목적지 정보를 추가해 보내고 목적지 이외의 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시하게 되어있음

a-2. 데이터 충돌

• 충돌 : 컴퓨터 여러 대가 동시에 데이터 보내면 데이터 서로 부딫히는 것
• 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터 전송해도 충돌하지 않는 구조
• 데이터가 동시에 케이블 지나가면 충돌하기 때문에 데이터 보내는 시점을 늦추는 것

a-2. CSMA/CD

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지)
  • CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지 확인한다
  • MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다
  • CD : 충돌이 발생하고 있는지 확인한다
• 이더넷에서 시점을 늦추는 방법 
• 하지만 효율이 좋지 않아서 요새는 사용 ✕ => 스위치 사용

 

2. MAC 주소의 구조

a. MAC 주소란?

a-1. 랜카드

• 랜카드는 비트열 (0과 1)을 전기 신호로 변환
• 랜카드에는 MAC 주소라는 번호가 정해져 있음

a-2. MAC 주소 (Media Access Control Address)

• MAC 주소는 제조할 때 새겨지기 때문에 물리 주소라고도 불리고 전세계에서 유일한 번호
  • 중복되지 않는 규칙
• 48비트의 숫자로 구성
  • 앞쪽 24비트는 랜 카드를 만든 제조사 번호
  • 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜카드에 붙인 일련 번호

b. OSI 모델은 데이터링크 계층, TCP/IP 모델은 네트워크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러 붙임

b-1. 이더넷 헤더의 구성

• MAC 주소(6바이트) + 출발지 MAC 주소(6바이트) + 유형(2바이트) 총 14 바이트로 구성
• 이더넷 유형 : 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류
  • 이더넷 유형에는 프로토콜 식별하는 16진수 번호 들어감

b-2. 데이터 링크 계층에서 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러 추가해 프레임 만들고 물리계층에서 프레임 비트열을 전기 신호로 변환해 네트워크를 통해 전송

목적지 MAC 주소	목적지 MAC 주소	유형	데이터	트레일러
이더넷 헤더

• 트레일러 =FCS(Frame Check Sequence)
  • 데이터 전송 도중에 오류 발생 확인 용도
• 프레임 : 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터
  • 네트워크 통해 프레임 전송

b-3. 컴퓨터에 데이터가 전송되면?

• 모든 컴퓨터에 데이터가 전송되지만
  • 목적지가 아니면 데이터 파기
  • 목적지MAC 주소와 자신의 MAC 주소가 동일하면 데이터 수신
• 목적지MAC 주소와 자신의 MAC 주소가 동일하면
  • 데이터 수신한 컴퓨터는 물리계층에서 전기신호로 전송된 데이터를 비트열로 변환하고
  • 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러 분리

 

3. 스위치의 구조

a. MAC 주소 테이블이란?

a-1. 스위치

• 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브
• 장비 외형은 허브와 비슷

a-2. 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있음 

• MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호화 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터 베이스
• 브리지 테이블이라고도 함

b. MAC 주소 학습 기능

b-1. 초기

• 스위치 전원 켠 상태에서는 MAC 주소 테이블에 아무것도 없음
• 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임이라는 데이터가 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록함

b-2. 플러딩

• 목적지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 송신 포트 이외의 포트에 데이터(프레임) 전송되는 것

b-3. MAC 주소 필터링

• MAC 주소를 기준으로 목적지 선택하는것
• 이를 통해 불필요한 데이터를 네트워크레 전송 하지 않을 수 있음

 

4. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

a. 전이중 통신과 반이중 통신

a-1. 통신 방식

• 전이중 통신 방식 : 데이터의 송수신 동시에 통신하는 방식
• 반이중 통신 방식 : 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식

a-2. 전이중 통신 방식

• 데이터 동시에 전송해도 충돌 발생 ✕
• 컴퓨터 2대를 직접 랜 케이블로 연결한다면 선을 4쌍을 사용하기 때문에 전이중 통신 방식
• 스위키는 충돌이 일어나지 않는 구조기 때문에 전이중으로 데이터 송수신 가능
• 스위치는 전송과 동시에 수신도 가능해서 효율이 높음

a-3. 반이중 통신 방식

• 데이터 동시에 전송 시 충돌 발생
• 컴퓨터 두대를 허브로 연결 시 동시에 데이터 보낼 때 충돌 
• 허브 사용 시 회선 하나를 송신과 수신이 번갈아가면서 사용하는 반이중 통신 방식 사용
• 허브는 반이중 통신 방식으로 동시에 데이터 전송 시 충돌 일어남

b. 충돌 도메인이란?

b-1. 충돌 도메인

• 충돌 도메인 : 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위
• 허브와 스위치의 충돌 도메인 차이
  • 허브가 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 됨
    • 허브는 충돌의 영향이 모든 컴퓨터에 미침
  • 스위치는 데이터를 동시에 송수신 가능해서 충돌이 일어나지 않고 충돌 도메인의 범위도 좁음
• 네트워크를 지연시키지 않기 위해 충돌 도메인의 범위 좁히는것이 매우 중요

 

b-1. ARP (Adress Resolution Protocol)

• ARP : 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용해 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜
  • 이더넷 프레임을 전송하려면 목적지 컴퓨터의 MAC 주소 지정해야함
• ARP 요청 : 출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모르면 MAC 주소를 알아내기 위해 네트워크에 브로드캐스트를 하는 것
• ARP 응답 : 지정된 IP 주소를 가지고 있지 않은 컴퓨터는 응답하지 않지만 지정된 IP 주소를 가진 컴퓨터는 MAC 주소를 응답으로 보내는 것
  • 출발지 컴퓨터는 MAC 주소를 얻고 이더넷 프레임 생성 가능
• ARP 테이블 : 출발지 컴퓨터에서는 MAC 주소를 얻은 후 MAC 주소와 IP 주소의 매핑 정보를 메모리에 보관
  • 데이터 통신은 자신의 컴퓨터에 보관된 ARP 테이블 참고해 전송
• 하지만 IP 주소가 변경되면 해당 MAC 주소도 함께 변경되므로 제대로 통신할 수 없음
  • 그래서 ARP 테이블에서는 보존 기간을 ARP 캐시로 지정하고 일정 시간이 지나면 삭제하고 다시 ARP 요청
    • 윈도에서 ARP 캐시 내용 확인 하려면 arp -a 명령어 사용
    • ARP 캐시 강제 삭제하려면 arp -d 명령어 사용

 

16. 이더넷의 종류와 특징

a. 이더넷 규격

• 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한규격으로 분류됨

10	BASE	T
통신 속도 : 10Mbps	전송방식 : BASEBAND	케이블 종류