물리계층: 데이터를 전기 신호로 변환하기

이 장의 목표

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

데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

• 이더넷은 랜에서 데이터를 정상으로 주고받기 위한 규칙이다.

• 이더넷은 데이터 충돌을 막기 위한 규칙으로 CSMA/CD 방식을 사용한다.

• CSMA/CD에서 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 규칙이다.
  
  

MAC 주소의 구조

• MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어 있다. 그중 앞쪽 24비트는 랜 카드를 만든 제조사 번호고 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호이다.

• 이더넷 헤더는 목적지 MAX 주소(6바이트), 출발지 MAX 주소(6바이트), 유형 (2바이트)으로 총 14바이트로 구성된다.

• 데이터 링크 계층엥서 데이터 뒤에 추가하는 것을 트레일러라고 한다. FCS(Frame Check Sequence)라고도 하는데, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용한다.

• 헤더 + 데이터 + 트레일러를 프레임이라고 한다.
  
  

스위치의 구조

출처:https://media.geeksforgeeks.org/wp-content/uploads/20220906121551/Frameflooding2.png

• 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하며, 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 부른다.

• 스위치에는 MAC 주소 테이블이 있다.

• MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 그 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스다.

• 스위치가 수신 포트 이외의 모든 포트에서 데이터를 플러딩이라고 한다.

• 스위치에서 MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것을 MAC 주소 필터링이라고 한다.
  
  

데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

출처:https://study-ccna.com/wp-content/images/collision_domains.jpg

• 전이중 통신 방식이란 데이터의 송신과 수신을 동시에 수행하는 통신 방식이다.

• 반이중 통신 방식은 회선 한 개로 송신과 수신을 번갈아가며 수행하는 통신 방식이다.

• 데이터 충돌이 발생하고 그 충돌 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.
  
  

이더넷의 종류와 특징

• 주요 이더넷 규격에는 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T가 있다.

• 앞 자리 숫자는 Mbps 단위의 통신 속도를, BASE는 BASEBAND라는 전송 방식을 T는 케이블 종류를 나타낸다.
  
  

ARP

• ARP(Adderss Resolution Protocol, 주소 변환 프로토콜):
  네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜이다. IP 주소를 물리 주소인 MAC 주소로 변환하는 데 사용한다.

• 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 브로드캐스트 패킷 요청이다.

• ARP 응답(ARP reply): ARP 요청에 대한 응답으로 요청한 IP 주소에 대한 물리주소인 MAC 주소가 실려 있다.
  
  

참고