[모두의 네트워크] 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

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모두의 네트워크 - YES24

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이 장의 목표

• 이더넷을 이해한다
• CSMA/CD 방식을 이해한다
• MAC 주소를 이해한다
• 스위치를 이해한다
• 충돌 도메인을 이해한다
• 이더넷 표준을 이해한다

LESSON 12 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

1. 이더넷이란?

• 데이터 링크 계층
  • 네트워크 기기 간에 데이터를 전송하고 물리 주소를 결정한다.
• 이더넷
  • 랜에서 데이터를 정상으로 주고받기 위한 규칙이다.
• 허브
  • 특정한 컴퓨터 한 대에 데이터를 보내려고 해도 다른 모든 컴퓨터에 전기 신호가 전달됨
    • 보내려는 데이터에 목적지 정보를 추가해서 보냄.
    • 목적지 이외의 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시하게 되어 있음
  • 충돌
    • 데이터를 한 번에 하나만 전송할 수 있는 채널에 전송 장치 두 개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때 일어나는 데이터 충돌
    • 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조
    • CSMA/CD
      • 이더넷에서 데이터를 보내는 시점을 늦춰 충돌을 피함
      • CS
        • 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다
      • MA
        • 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다
      • CD
        • 충돌이 발생하고 있는지를 확인한다
      • 현재는 거의 사용하지 않음

LESSON 13 MAC 주소의 구조

1. MAC 주소란?

• MAC 주소 (Media Access Control Address)
  • 랜에 사용되는 네트워크 모델인 이더넷의 물리적인 주소로 컴퓨터 네트워크에서 각각의 기기를 구분하기 위해 사용하는 주소다.
• 랜 카드에는 MAC 주소라는 번호가 정해져 있다
• 제조할 때 새겨지기 때문에 물리 주소라고도 부른다
• 전 세계에서 유일한 번호
• 48비트
  • 24비트 랜 카드 제조사 번호
  • 24비트 제조사가 붙인 일련번호
• MAC 주소를 사용한 통신
  • 데이터링크 계층(OSI 모델), 네트워크 계층(TCP/IP)에서 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임
  • 이더넷 헤더
    • 목적지의 MAC 주소(6바이트) + 출발지 MAC 주소(6바이트) + 유형(2바이트)
    • 이더넷 유형 (Ethernet type)
      • 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타냄
      • 프로토콜을 식별하는 16진수 번호가 들어감
  • 트레일러
    • FCS (Frame Check Sequence)
    • 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용
  • 프레임
    • 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터
  • Ex. 컴퓨터1에서 컴퓨터3으로 데이터를 전송
    • 송신
      • 컴퓨터1은 이더넷 헤더에 데이터의 목적지인 컴퓨터3의 MAC주소와 자신의 MAC주소 정보를 넣고 데이터를 전송
      • 보내는 측인 컴퓨터1에서 캡슐화가 일어남
      • 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임을 만들고, 물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기 신호로 변환하여 네트워크를 통해 전송
    • 수신
      • 컴퓨터2, 4, 5는 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 다르기 때문에 데이터 파기
      • 컴퓨터3은 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 같으므로 데이터 수신
        • 역캡슐화
          • 물리 계층에서 전기 신호로 전송된 데이터를 비트열로 반환
          • 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 분리

LESSON 14 스위치의 구조

스위치는 허브와 달리 데이터 충돌이 발생하지 않습니다.

1. MAC 주소 테이블이란?

• 스위치
  • 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고 불린다.
  • 장비 외형은 허브랑 비슷
  • 스위치 내부에 MAC 주소 테이블이 있다.
    • MAC 주소 테이블
      • 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스
    • MAC 주소 학습 기능
      1. 스위치의 전원을 켠 상태에서는 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록 X
      2. 컴퓨터에서 프레임 전송
      3. 주소 테이블을 확인
      4. 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록
    • 플러딩 (flooding)
      • 스위치가 수신 포트 이외의 모든 포트에서 데이터를 송신하는 것
      • Ex. 컴퓨터3의 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록 X
        • 1 이외의 포트인 2~5에 데이터(프레임) 전송
        • 플러딩 발생
      • Ex. 컴퓨터3의 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록 O
        • 컴퓨터3에만 데이터가 전송
        • 플러딩 발생 X
    • MAC 주소 필터링
      • MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것

LESSON 15 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

케이블에 데이터가 아무리 많이 전송되어도 데이터가 충돌하지 않는 구조에 대해 설명합니다.

1. 전이중 통신과 반이중 통신

• 전이중 통신 방식
  • 데이터의 송수신을 동시에 통신
• 반이중 통식 방식
  • 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신
  • 데이터 동시에 전송하면 충돌 발생
• 컴퓨터 1과 컴퓨터 2를
  • 직접 랜 케이블로 연결
    • 크로스 케이블
    • 전이중 통신 방식
  • 허브(더미 허브)로 연결
    • 데이터 보낼 때 충돌이 일어남
    • 반이중 통신 방식
  • 스위치로 연결
    • 전이중 통신 방식

2. 충돌 도메인

• 충돌 도메인
  • 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위
  • 충돌 도메인의 범위가 넓을수록 네트워크가 지연
• 허브
  • 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 된다.
• 스위치
  • 컴퓨터 각각이 충돌 도메인

보강

• 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 사용
• ARP 캐시 (ARP cache)
  • 가장 최근에 변환한 ‘IP 대 하드웨어 주소’를 보관하고 있는 램(RAM)의 한 영역이다.
• ARP 요청 (ARP request)
  • IP 주소를 대치할 수 있는 물리 주소인 MAC 주소를 찾아내기 위해 보내는 브로트캐스트 패킷 요청
• ARP 응답 (ARP reply)
  • ARP 요청에 대한 응답으로 요청한 IP 주소에 대한 물리 주소인 MAC 주소가 실려 있다.

LESSON 16 이더넷의 종류와 특징

이더넷의 종류와 규격 이름의 뜻을 설명

1. 이더넷 규격

• 주요 이더넷 규격
  • 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T
• 10BASE-T
  • 10 : 통신속도
  • BASE : BASEBAND라는 전송 방식
  • T : 케이블 종류