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

SunYerim·2023년 4월 11일
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네트워크

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본 포스팅은 GDSC PKNU 네트워크 스터디에서 진행하는 내용입니다.

12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

랜에서는 데이터를 주고받는 규칙으로 이더넷을 사용!

1. 이더넷이란?

  • 랜에서 데이터를 주고받으려면 데이터 링크 계층 기술이 필요함.

  • 데이터 링크 계층

    • 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙
    • 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층
    • 규칙들 중 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙이 이더넷임. ⇒ 이더넷은 랜에서 적용되는 규칙
  • 이더넷은 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용함.

  • 더미 허브의 단점을 채우기 위한 규칙이 있다!

    • 보내려는 데이터에 목적지 정보를 추가해서 보내고 목적지 이외의 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시하게 되어있음.
  • 컴퓨터 여러 대가 동시에 데이터를 보내면 데이터들이 서로 부딪힐 수도 있는데 이를 충돌이라고 함.

  • 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어 있음.

    • 이더넷에서 시점을 늦추는 방법을 CSMA/CD 라고 함.
    • CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지를 확인한다
    • MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다
    • CD : 충돌이 발생하고 있는지를 확인한다
    • 이러한 규칙으로 데이터를 주고 받는다면 아래의 그림처럼 충돌 발생하지 않는다!
    • 그러나 지금은 효율이 좋지 않다는 이유로 거의 사용하지 않음 !
    • 스위치라는 네트워크 장비를 사용하면 충돌이 일어나지 않는다!

13. MAC 주소의 구조

랜 카드를 제조할 때 정해지는 물리적인 주소에 대해서!

1. MAC 주소란?

  • 랜 카드는 비트열(0, 1)을 전기 신호로 변환한다고 했음. 이러한 랜 카드에는 MAC 주소라는 번호가 정해져 있음.

  • 제조할 때 새겨지기 때문에 물리 주소라고도 부름. 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어 있음.

    • MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어 있으며, 앞쪽 24비트는 랜카드를 만든 제조사 번호고 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜카드에 붙인 일련번호임.
  • OSI 모델에서는 데이터 링크 계층에 해당하고, TCP/IP 모델에서는 네트워크 계층에 해당되는데, 이 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 붙임.

  • 이더넷 헤더 : 목적지의 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트) 총 14바이트로 구성되어 있음.

    • 이더넷 유형: 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류

      • 유형에 프로토콜 종류를 식별하는 번호가 들어간다!!
  • 데이터 뒤에 추가하는 것을 트레일러라고 함.

  • 트레일러는 FCS라고도 하는데, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용함.

  • 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임이라고 함.

  • 컴퓨터 1에서 3으로 데이터를 전송한다고 하자.
    • 컴퓨터 1은 이더넷 헤더에 데이터의 목적지인 컴퓨터 3의 MAC주소(목적지)와 자신의 MAC 주소(출발지) 정보를 넣고 데이터를 전송함. ⇒ 여기서 캡슐화가 일어남!

    • 보내는 측 컴퓨터 1에서 캡슐화가 일어난다!

    • 데이터 링크 계층에서 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임을 만들고, 물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기 신호로 변환하여 네트워크를 통해 전송하는 것.

  • 허브는 컴퓨터 1이 보낸 데이터를 1포트로 수신하고, 모든 포트로 전송하지만, 컴퓨터 3만 컴퓨터 1이 보낸 데이터의 목적지 MAC주소와 동일하므로 데이터를 수신함.
  • 컴퓨터 3에서는 물리 계층에서 전기 신호로 전송된 데이터를 비트열로 변환하고 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 분리함. ⇒ 역캡슐화를 한 다음에 데이터를 수신!
  • 컴퓨터 1과 2가 동시에 컴퓨터 3에 데이터를 전송하는 경우 ⇒ 충돌을 방지하기 위해 CSMA/CD방식이 사용됨.

14. 스위치의 구조

1. MAC 주소 테이블이란?

  • 데이터 링크 계층에서 동작하고, 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브 라고도 불림.

  • 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있는데, 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스이다.

  • 스위치의 전원을 켠 상태에서는 아직 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록되어 있지않음. 그러나 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임이라는 데이터가 전송되면, MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록함. ⇒ MAC 주소 학습 기능

  • 컴퓨터 1에서 컴퓨터 3에 데이터를 전송한 시점에서는 아직 컴퓨터 3의 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않음. ⇒ 송신 포트 1 이외의 포트인 2~5에 데이터(프레임)가 전송되는데 이러한 데이터 전송을 플러딩이라고 부름.

    • 스위치의 MAC 주소 테이블에 목적지 MAC 주소가 등록되어 있으면 목적지 컴퓨터에만 데이터가 전송됨!
    • MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것 ⇒ MAC 주소 필터링이라고 함. ⇒ 불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않게 되는 것!

15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

1. 전이중 통신과 반이중 통신

  • 전이중 통신 방식

    • 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 방식
  • 반이중 통신 방식

    • 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식
    • 허브 내부에는 송수신이 나누어져 있지 않기 때문에 그림과 같이 컴퓨터 1과 컴퓨터 2를 더미 허브로 연결하면 동시에 데이터를 보낼 때 충돌이 일어남.
    • 허브를 사용하면 회선 하나를 송신과 수신이 번갈아가며 사용하는 반이중 통신방식을 사용하게 됨.
  • 허브가 아닌 스위치라면?

    • 스위치는 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어있기 때문에 전이중 통신 방식으로 데이터를 주고받을 수 있음.
    • 허브를 사용하면 충돌이 생기면서 네트워크 지연이 발생하기 때문에 최근에는 네트워크로 스위치를 사용하는 것이 표준
    • 스위치는 전송하면서 동시에 수신도 가능!

2. 충돌 도메인이란?

  • 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 함.

  • 그림과 같이 허브는 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 되는 것

16. 이더넷의 종류와 특징

1. 이더넷 규격

  • 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류됨.

  • BASE는 무엇인가?

    • 10: Mbps 단위인 통신속도
    • BASE: BASEBAND라는 전송방식
    • T: 케이블 종류
    • 하이픈(-) 뒤는 케이블 길이나 케이블 종류를 나타내지만, 동축 케이블은 케이블의 최대 길이를 100미터 단위로 표시함. 하이픈 없으면 최대길이(미터 단위)

복습하기

  1. 이더넷에서는 데이터의 충돌을 방지하는 규칙으로 CSMA/CD방식을 사용한다.
  2. MAC 주소는 48비트다.
  3. 이더넷 헤더는 14바이트로 구성되어 있는데, 그중 목적지 MAC 주소가 6바이트, 출발지 MAC 주소가 6바이트, 유형이 2바이트이다.
  4. 데이터 링크 계층에서 데이터의 마지막에 추가되는 것을 트레일러라고 한다.
  5. 스위치의 포트 번호와 그 포트에 접속하는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터 베이스를 MAC 주소 테이블이라고 한다.
  6. 스위치가 수신 포트 이외에 데이터를 송신하는 것을 플러딩이라고 한다.
  7. 전이중 통신방식이란 데이터의 송신과 수신이 동시에 일어나는 통신 방식이다.
  8. 반이중 통신방식이란 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가며 하는 통신 방식이다.
  9. 데이터의 충돌이 발생하여 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.
  10. 이더넷 규격 10BASE2 케이블의 최대 길이는 185미터이다.
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