[4장] 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

[keiwin49]

Lesson 12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

• 랜에서 데이터를 주고받기 위해서는 OSI 모델의 데이터 링크 계층의 기술 필요
  • 데이터 링크 계층 : 네트워크 장비 간 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
  • 일반적으로 이더넷(Ethernet)이 가장 많이 사용되는 규칙
  • 이더넷
    • 랜에서 적용되는 규칙
    • 허브 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용
    • CSMA/CD 를 사용해 여러 컴퓨터가 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 일어나지 않도록 방지

      CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

      • CS = 데이터를 보내려는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르는지 확인
      • MA = 데이터가 흐르고 있지 않으면 케이블에 데이터를 보내도 됨
      • CD = 충돌이 발생하고 있는 지 확인
      • 케이블이 사용중이면 데이터 전송을 늦춘다
      • (지금은 효율이 낮아 switch라는 네트워크 장비를 사용)
        

[keiwin49]

Lesson 13. MAC 주소의 구조

• MAC 주소 (Media Access Control address): 랜카드가 제조될 때 새겨지는 물리주소. 전세계에서 유일한 번호로 할당
  • 앞 24비트는 제조사번호, 뒤 24비트는 제조사에서 부여한 일련번호

• OSI 모델의 데이터 링크계층, TCP/IP 모델의 네트워크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임
  • 이더넷 헤더는 아래와 같이 목적지 MAC 주소(6) / 출발지 MAC 주소(6) / 유형(2)로 14바이트로 구성
    
  • 유형에는 프로토콜 종류를 식별하는 번호가 들어감(IPv4, IPv6 등)
    
  • 트레일러는 전송할 데이터 뒤에 붙이는데 FCS(Frame Check Sequence)라고도 하며 데이터 전송 도중 오류 발생 확인 용도
• 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터 = 프레임
  • 네트워크를 통해 프레임이 전송되는 것
  • ex. 컴퓨터 1에서 컴퓨터 3으로 데이터 전송 시
    • 컴퓨터 1에서는 헤더와 트레일러를 붙여 데이터를 "캡슐화"
    • 캡슐화되어 만들어진 데이터(=프레임)을 전기신호로 변환하여 전송
    • 데이터는 모든 포트로 전송되지만 목적지 MAC 주소와 다른 컴퓨터 2,4,5는 받은 데이터를 파기
    • 컴퓨터 3은 역캡슐화 후 데이터 수신

[icstuckyi]

Lesson 14. 스위치의 구조

• 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하는 장비이다.
• 레이어 2 스위치, 또는 스위칭허브 라고도 불린다.

스위치의 특징

• 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있다.

  MAC 주소 테이블
  스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC주소가 등록되는 데이터베이스.

• 스위치는 MAC 주소 학습 기능을 가지고 있다. (허브에는 없는 기능이다.)
  1. 스위치가 송신측 컴퓨터에게서 프레임을 받으면
  2. 받은 프레임 안에 들어있는 출발지 MAC주소가 MAC 주소 테이블 안에 들어있는지 확인해본다.
  3. 출발지 MAC주소가 테이블에 등록되어 있지 않다면 MAC주소를 포트와 함께 등록한다.
  4. 목적지 MAC주소가 테이블에 등록되어 있지 않다면 송신 포트 이외의 모든 포트에 프레임을 전송한다. (= 플러딩 flooding)
     목적지 MAC주소가 테이블에 등록되어 있었다면 플러딩은 일어나지 않는다.
     이처럼 MAC주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것을 MAC 주소 필터링이라고 한다.

[icstuckyi]

Lesson 15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

전이중 통신과 반이중 통신

• 전이중 통신

  • 데이터의 송/수신이 양쪽에서 동시에 이루어지는 양방향 통신.
  • 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않는다.
  • 서로 다른 회선이나 주파수를 이용하여 데이터 신호가 충돌하는 상황을 방지한다.
  • Ex. 컴퓨터 A와 컴퓨터 B를 직접 랜케이블로 연결(크로스 케이블 사용)한다면 전이중 통신 방식이 된다.
  • 스위치가 사용하는 통신 방식이다.

• 반이중 통신

  • 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식.
  • 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생한다.
  • Ex. 컴퓨터 A와 컴퓨터 B를 허브로 연결하면, 데이터를 동시에 보낼 때 충돌이 일어난다. 허브 내부에는 송수신이 나누어져 있지 않기 때문이다.
  • 허브가 사용하는 통신 방식이다.

충돌 도메인이란?

• 충돌(collision) : 데이터를 한 번에 하나만 전송할 수 있는 채널에 전송장치 2개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때 일어나는 현상.
• 충돌 도메인(collision domain) : 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위.
• 허브 : 반이중 통신 방식을 사용하기 때문에, 허브에 연결되어 있는 모든 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 된다.
• 스위치 : 전이중 통신 방식을 사용하기 때문에, 충돌이 일어난 포트에만 충돌 도메인이 국한된다.
• 충돌 도메인의 범위가 넓을수록 네트워크는 지연된다.

ARP(Address Resolution Protocol) : 주소 변환 프로토콜

• 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용하여 MAC주소를 찾기 위한 프로토콜.
• 네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당한다. (IP 주소를 MAC 주소로 변환)
• 출발지 컴퓨터가 목적지의 MAC주소를 모르면 프레임을 전송할 수 없기 때문에, MAC주소를 알아내기 위해 네트워크에 브로드캐스트를 한다. (= ARP 요청request)
• 이 요청에 대해 지정된 IP주소를 가진 컴퓨터는 MAC주소를 응답하게 된다. (= ARP 응답reply)
• 응답을 받은 출발지 컴퓨터는 MAC주소를 획득하여 프레임을 만들 수 있으며, 추후 통신을 위하여 자신의 메모리(ARP 캐시)에 목적지 컴퓨터의 MAC주소와 IP 주소를 매핑하여 보관한다.
• 하지만 IP주소가 변경되면 해당 MAC주소도 변경되므로 일정 보관기간이 지나면 삭제하고 다시 ARP 요청을 날린다.

[icstuckyi]

Lesson 16. 이더넷의 종류와 특징

케이블	규격 이름	통신 속도	케이블 최대 길이	표준화 연도
동축케이블	10BASE5	10Mbps	500m	1982
동축케이블	10BASE2	10Mbps	185m	1988
UTP케이블(Cat3이상)	10BASE-T	10Mbps	100m	1990
UTP케이블(Cat3이상)	100BASE-TX	100Mbps	100m	1995
UTP케이블(Cat3이상)	1000BASE-T	1000Mbps	100m	1999
UTP케이블(Cat3이상)	10GBASE-T	10Gbps	100m	2006

규격 이름 해석
10 = 통신 속도 (Mbps 단위. 즉 10Mbps)
BASE = 전송 방식 (BASEBAND. 펄스 신호에 의한 디지털 전송방식)
T = 케이블 (케이블 종류)

• 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류된다.
• 동축케이블의 경우 규격 이름에 하이픈이 없고 숫자로 100m 단위를 표시한다.
  Ex. 10BASE5 의 경우 케이블의 최대 길이는 500m이다.
• UTP 케이블의 경우 하이픈 뒤에 케이블 종류를 표시한다.
  Ex. 10BASE-T 의 경우 UTP 케이블을 의미한다.