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

Lesson 12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

   이더넷이란?

OSI 모델에서 데이터 링크 계층은 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층이라고 하였습니다.

 

이러한 규칙 중에서 통상적으로 쓰이는 규칙이 바로 이더넷(Ethernet)입니다. 우리가 자주 쓰는 Internet과는 다른 용어이니 혼용하지 않도록 주의합시다.

 

이더넷

이더넷은 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용하는 규칙입니다.

 

우리는 3장에서 허브의 단점에 대해서 배웠습니다. 허브는 송신 컴퓨터를 제외한 모든 포트에 데이터를 전송한다는 단점이 있는데 이더넷 규칙을 사용함으로써 이를 해결할 수 있습니다. 이더넷 규칙에서는 허브에 데이터를 전송할 때, 목적지 정보를 데이터에 추가합니다. 그 후, 허브에서 데이터를 모든 포트에 보내지만, 목적지 정보에 해당하는 컴퓨터가 아닌 기기는 해당 데이터를 무시함으로써 해결하게 됩니다.

 

 

또한 허브에서는 데이터 충돌 문제도 발생합니다. 두 컴퓨터가 동시에 데이터를 보내려고 한다면 데이터 충돌이 발생하게 되는데 이러한 문제는 CSMA/CD 방법을 사용함으로써 데이터 충돌이 일어나지 않는 구조로 만들어줍니다.

 

CSMA/CD 방법

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지)의 약어입니다.

 

해당 용어를 쪼개서 생각해봅시다.

 

CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지를 확인하는 규칙

MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않을 때 데이터를 보낼 수 있는 규칙

CD : 충돌이 발생하고 있는지를 확인하는 규칙

 

즉, CSMA/CD는 데이터를 보내려고 할 떄, 현재 케이블에 흐르고 있는 데이터가 있는지 확인하고, 만약 데이터가 전송 중에 있다면 잠시 기다렸다가 케이블에 데이터가 없을 때 송신 과정을 진행하며, 데이터 전송 과정에서 충돌이 일어나는 지를 확인합니다.

 

 

하지만, 현재에는 CSMA/CD 방식이 스위치에 비해 효율이 떨어지므로 사용하지 않습니다. 

 

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Lesson 13. MAC 주소의 구조

   MAC 주소란?

이전에 저희는 랜 카드에 대해서 잠깐 다뤘었습니다. 전기 신호를 비트로 변환하고, 비트를 전기 신호로 변환하는 것을 랜 카드라고 하였는데, 이러한 랜 카드에는 MAC 주소가 존재합니다.

 

MAC 주소란 물리 주소라고도 불리며, 전 세계에서 고유한 번호입니다. MAC 주소는 총 48비트로 되어있으며, 앞 24비트는 랜 카드를 만든 제조사에게 부여된 번호, 뒤 24비트는 제조사가 붙인 랜 카드의 일련 번호입니다.

 

데이터 링크 계층이 MAC 주소를 사용하여 통신하기 위해서는 헤더를 붙여야합니다. OSI에서는 데이터 링크 계층이고, TCP/IP 모델에서는 네트워크 인터페이스 계층이 이에 해당합니다.

 

해당 계층에 이더넷 헤더와 트레일러를 붙이게 됩니다.

 

이더넷 헤더

이더넷 헤더는 목적지 MAC 주소 6바이트, 출발지 MAC 주소 6바이트, 이더넷 유형 2바이트로 구성되어 있습니다.

 

여기서 유형이란 이더넷의 유형을 뜻하고, 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타냅니다. 즉, 유형은 프로토콜의 종류를 식별하는 번호가 들어가는 것이죠.

 

 

트레일러

트레일러에서는 FCS(Frame Check Sequence)라고도 하며, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는 지를 확인하는 용도로 사용합니다.

 

 

이렇게 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러가 합쳐진 것을 프레임이라고 하는데, 이러한 프레임 단위의 데이터를 허브가 모든 컴퓨터에게 전송하게 되면 자신의 MAC 주소가 아닌 컴퓨터는 데이터를 파기하는 방식으로 허브의 단점을 보완하는 것입니다.

 

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Lesson 14. 스위치의 구조

   MAC 주소 테이블이란?

스위치

지금까지 용어로만 들었던 스위치에 대해서 알아봅시다. 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하며 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불립니다.

 

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이라는 데이터베이스가 존재합니다. 해당 데이터베이스는 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되어 있습니다.

 

스위치 전원을 처음 키게 되면 MAC 주소 테이블에는 데이터가 없습니다. 이후 컴퓨터에서 프레임 단위의 데이터가 전송되면 프레임 내에 있는 출발지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있는지 확인합니다. 만약 등록되어있지 않다면 MAC 주소와 포트번호를 함께 MAC 주소 테이블에 등록합니다. 이러한 MAC 주소 테이블에 데이터를 추가하는 과정을 MAC 주소 학습 기능이라고 합니다.

 

또한 프레임 내에 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않다면 송신측 포트를 제외한 모든 포트에 데이터를 보냅니다. 이를 플러딩(Flooding, 홍수)라고 합니다.

 

 

하지만 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있다면 해당 포트에만 데이터를 전송합니다. 이렇게 MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하여 원하는 포트에만 데이터를 전송하는 것을 MAC 주소 필터링이라고 합니다.

 

 

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Lesson 15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

   전이중 통신과 반이중 통신이란?

통신 방식에는 전이중 통신과 반이중 통신이 있습니다.

 

전이중 통신 방식

전이중 통신 방식은 데이터의 송수신을 동시에 가능하게 하는 통신 방식입니다. 이 방식은 랜 케이블의 네 쌍을 사용하게 됩니다.

전에 배운 크로스 케이블은 전이중 통신 방식으로 두 컴퓨터 간의 데이터 충돌이 일어나지 않았음을 확인했습

니다.

 

 

앞서 다룬 스위치는 전이중 통신 방식으로 구현되어 있으므로 데이터의 충돌이 일어나지 않습니다.

 

반이중 통신 방식

반이중 통신 방식은 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식입니다. 따라서 데이터를 동시에 양쪽에서 전송하게 되면 충돌이 일어나게 됩니다.

 

실제로 허브는 반이중 통신 방식으로 구현되어 있기 때문에 두 컴퓨터가 연결된 상태로 데이터를 서로 전송한다면 데이터 충돌이 일어나게 됩니다.

 

   충돌 도메인이란?

충돌 도메인이란 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 의미합니다. 

 

허브는 충돌이 발생하였을 때, 충돌 도메인이 허브에 연결된 모든 컴퓨터입니다. 하지만 스위치를 사용하게 된다면 충돌 도메인이 해당 컴퓨터만으로 제한되므로 매우 좁아지게 됩니다.

 

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Lesson 16. 이더넷의 종류와 특징

   이더넷 규격

이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류됩니다.

 

이더넷 규격 이름에도 나름의 뜻이 존재합니다.

 

10BASE-T를 예로 들어봅시다.

• 10은 Mbps 단위의 속도를 의미합니다. 즉, 10Mbps가 되는 것입니다.
• BASE는 BASEBAND라는 전송 방식을 의미합니다.
• T는 케이블의 종류를 의미합니다. UTP 케이블을 의미합니다.

 

최근 컴퓨터의 랜 포트는 1000BASE-T가 일반적이라고 합니다. 하지만 기술 발전에 따라 10GBASE-T도 많아진다고 합니다.