[모두의 네트워크] 4장 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

• 데이터 링크 계층: 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
  • 일반적으로 이더넷 규칙 사용
• 이더넷(Ethernet)은 랜에서 데이터를 정상으로 주고받기 위한 규칙
• 이더넷은 데이터 충돌을 막기 위한 규칙으로 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, 데이터를 보내는 시점을 늦추는 방식)을 사용
  • CS는 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 확인하는 규칙, MA는 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않으면 데이터를 보내도 된다는 규칙, CD는 충돌이 발생하고 있는지 확인하는 규칙
  • 현재는 스위치(switch)로 대체됨

13. MAC 주소의 구조

• MAC 주소: 랜 카드마다 정해지는 전 세계에서 유일한 번호. 물리 주소라고도 부름
• MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어 있음.
  • 앞쪽 24비트는 랜 카드를 만드는 제조사 번호
  • 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호
• OSI 모델에서는 데이터 링크 계층에 해당하고, TCP/IP 모델에서는 네트워크 계층에 해당하는 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임
  • 프레임 = 이더넷 헤더 + 데이터 + 트레일러
    • 네트워크 계층에서 만든 프레임을 물리 계층에서 전기 신호로 바꾸어 네트워크를 통해 전송함
  • 이더넷 헤더는 목적지 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형 (2바이트)으로 총 14바이트로 구성됨
    • 유형: 상위 계층 프로토콜 종류를 식별하는 번호
  • 트레일러: 데이터 링크 계층에서 데이터 뒤에 추가하는 FCS(Frame Check Sequence, 데이터 전송 도중 오류 체크)

14. 스위치의 구조

• 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하며, 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고 함
• 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블(MAC address table)이 존재함
  • 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결된 컴퓨터의 MAC 주소가 매핑되는 데이터베이스
• MAC 주소 학습 기능: 프레임이 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록함
• 플러딩(flooding): 아직 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않으면 일단 출발지 포트 이외의 모든 포트에 프레임 전송
• MAC 주소 필터링: 목적지 MAC 주소가 등록되어 있을 경우 해당 MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하여 데이터 전송

15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

• 전이중 통신 방식: 데이터의 송신과 수신을 동시에 수행하는 통신 방식
  • ex) 컴퓨터 간 직접 랜 케이블 (크로스 케이블)로 연결된 경우
• 반이중 통신 방식: 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신 방식
  • ex) 허브에 연결하는 경우
• 스위치는 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어 있기 때문에 전이중 통신 방식
• 허브를 사용하면 충돌이 생기면서 네트워크 지연이 발생하기 때문에, 최근에는 네트워크로 스위치를 사용하는 것이 표준임
• 충돌 도메인(collision domain): 충돌이 발생할 떄 그 영향이 미치는 범위
  • 허브의 경우 허브와 연결된 모든 컴퓨터가 충돌 도메인
  • 위치의 경우 해당 충돌이 발생한 컴퓨터만 충돌 도메인

ARP

• ARP(Address Resolution Protocol): 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용하여 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜, 이더넷 프레임을 전송하려면 목적지 컴퓨터의 MAC 주소를 지정해야 함
  • ARP 요청 (request): 출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모르면 MAC 주소를 알아내기 위해 네트워크에 브로드캐스트함
  • ARP 응답 (reply): 지정된 IP를 가진 컴퓨터는 MAC 주소를 응답으로 보냄
  • 응답을 얻으면 목적지 MAC 주소를 얻고, 이를 통해 이더넷 프레임을 만들 수 있음
  • ARP 테이블: 출발지 컴퓨터는 MAC 주소와 IP 주소의 매핑 정보를 메모리에 보관
    • 보존 기간을 arp 캐시로 지정하고 일정 시간이 지나면 삭제하고 다시 ARP 요청을 보냄

16. 이더넷의 종류와 특징

• 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류됨
  • ex) 10BASE-T → 통신 속도: 10Mbps, 전송 방식: BASE, 케이블: T
• 최근 컴퓨터의 랜 포트는 1000BASE-T가 일반적, 10GBASE-T도 사용함

용어 정리

• 데이터 링크 계층(data link layer) : 네트워크 기기 간에 데이터를 전송하고 물리 주소를 결정하는 계층
• 이더넷(Ethernet) : 컴퓨터 네트워크 기술 중 하나로, 전 세계의 사무실이나 가정에서 일반적으로 사용되는 랜에서 가장 많이 활용되는 기술 규격
• 충돌(collision) : 데이터를 한 번에 하나만 전송할 수 있는 채널에 전송 장치 두 개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때 일어나는 데이터 충돌
• MAC 주소(Medium Access Control address): 랜에 사용되는 네트워크 모델인 이더넷의 물리적인 주소로, 컴퓨터 네트워크에서 각각의 기기를 구분하기 위해 사용하는 주소
• 스위치(swith, 스위칭 허브) : 랜을 구성할 때 사용하는 단말기 간 스위칭 기능이 있는 통신망 중계 장치. 컴퓨터(호스트)에서 특정한 다른 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능이 있어 통신 효율이 향상됨
• 전이숭 통신 방식(full-duplex communication) : 전화 회선과 같이 송신과 수신이 양쪽에서 동시에 이루어지는 양방향 통신. 서로 다른 회선이나 주파수를 이용하여 데이터 신호가 충돌되는 상황을 방지함. 스위칭 허브를 사용하면 랜 카드와 허브 간의 동시 송수신이 가능해짐
• ARP(Address Resolution Protocol, 주소 변환 프로토콜) : 네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜. IP 주소를 물리 주소인 MAC 주소로 변환하는 데 사용됨
• ARP 캐시(ARP Cache) : IP 주소를 대치할 수 있는 물리 주소인 MAC 주소를 찾아내기 위해 보내는 브로트캐스트 패킷 요청
• ARP 응답(ARP reply) : ARP 요청(request)에 대한 응답으로 요청한 IP 주소에 대한 물리 주소인 MAC 주소가 실려 있음

 

Reference: http://www.yes24.com/Product/Goods/61794014

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