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

컴공생의 코딩 일기·2023년 7월 21일

네트워크

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데이터 링크 계층

랜에서 데이터를 주고 받으려면 OSI 모델에 두 번째 계층인 데이터 링크 계층의 기술이 필요하다.

데이터 링크 계층은 네트워크 워크 간에 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층으로, 랜에서 데이터를 정상적으로 주고 받기 위해 필요한 계층이다. 그 규칙중 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙이 이더넷(Ethernet)이다.

이더넷이란?

허브는 특정한 컴퓨터 한 대에 데이터를 보내려고 해도 다른 모든 컴퓨터에 전기 신호가 전달된다. 하지만 허브에는 아래 그림과 같이 보내려는 데이터에 목적지 정보를 추가해서 보내고 목적지 이외에 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시하는 규칙이 정해져 있다.

또 한 컴퓨터 여러 대가 동시에 데이터를 보내면 데이터들이 서로 부딪히는 것을 충돌(collision)이라고 한다.

그래서 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어 있다.

이더넷은 데이터를 동시에 보낼 때 하나의 데이터를 보내는 시점을 늦추는 방법인데 이러한 방법을 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)이라고 한다.

CSMA/CD

CSMA/CD:

CS: 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다.는 규칙
MA: 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다.는 규칙
CD: 충돌이 발생하고 있는지를 확인한다.는 규칙

최근에는 효율이 좋지 않다는 이유로 CSMA/CD는 거의 사용되지 않는다. (스위치를 사용)

MAC 주소란?

랜(LAN) 카드는 비트열(0과 1)을 전기 신호로 변환한다. 이러한 카드에는 MAC 주소(Media Access Control Address)라는 번호가 정해져 있다.
MAC 주소는 제조할 때 새겨지기 때문에 물리 주소라고도 불리고 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어 있다.(중복 X)
MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어 있으며 그 중 앞쪽 24비트는 랜 카드를 만든 제조사 번호이고 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호이다.

MAC 주소를 사용한 통신

OSI 모델(데이터 계층)이나 TCP/IP 모델(네트워크 계층)은 각 계층에서 헤더를 붙인다. 이 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인다.
이더넷 헤더: 이더넷 헤더는 목적지의 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트) 이렇게 총 14바이트로 구성되어 있다.
이더넷 유형(Ethernet type)은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류이다. (이더넷 유형에는 프로토콜을 식별하는 16진수 번호가 들어간다.)
트레일러: 데이터 뒤에 추가하는 것
- 트레일러를 FCS(Frame Check Sequence)라고도 하면, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용된다.
이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임이라고한다.
- 네트워크를 통해 프레임이 전송된다.

스위치

스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어2 스위치 또는 스위치 허브라고도 불린다. (장비 외형은 허브와 비슷하다.)

MAC 주소 테이블

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블(MAC address table)이 있다.
MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스이다.

스위치의 전원을 켠 상태에서는 아직 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록되어 있지 않는다. 하지만 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가 된 프레임 데이터가 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록된다. 이를 MAC 주소 학습 기능이라고 한다. (허브에는 없는 기능)