12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

• 데이터 링크 계층은 네트워크 기기 간에 데이터를 전송하고 물리 주소를 결정한다.

이더넷

• 컴퓨터 네트워크 기술 중 하나로 전 세계의 사무실이나 가정에서 일반적으로 사용하는 랜에서 가장 많이 활용하는 기술 규격이다.
• 데이터에 목적지 정보를 추가한다.
  • 허브에서 목적지 이외의 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시한다.
• 이더넷은 데이터 충돌을 막기 위한 규칙으로 CSMA/CD 방식을 사용한다.
  • 충돌 : 데이터를 한 번에 하나만 전송할 수 있는 채널에 전송 장치 두 개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때 일어나는 데이터 충돌을 말한다.
  • Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지
    • CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인하는 규칙
    • MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다는 규칙
    • CD : 충돌이 발생하고 있는지를 확인하는 규칙
• 현재는 효율이 좋지 않다는 이유로 CSMA/CD를 거의 사용하지 않고, 대신 스위치라는 네트워크 장비를 사용한다.

13. MAC 주소의 구조

MAC 주소란?

• MAC(Media Access Control Address) 주소 : 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 부르며, 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어 있다.
• MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어 있다. 그 중 앞쪽 24비트는 랜 카드를 만든 제조사 번호고 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호이다.
  • ex) 00-23-AE-D9-7A-9A
• 데이터 링크 계층에서는 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인다. 추가된 데이터를 프레임이라고 한다.
  • 이더넷 헤더는 목적지의 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트)로 구성된다.
    • 유형은 IPv4, ARP와 같은 상위 계층 프로토콜 종류를 식별하는 번호가 들어간다.
  • 트레일러는 FCS(Fram Check Sequence)라고도 하며, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용한다.
• 허브에서 목적지 이외의 컴퓨터는 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC와 다르기 때문에 데이터를 파기한다.

14. 스위치의 구조

MAC 주소 테이블이란?

• 스위치 : 랜을 구성할 때 사용하는 단말기 간 스위칭 기능이 있는 통신망 중계 창지다. 컴퓨터(호스트)에서 특정한 다른 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능이 있어 통신 효율이 향상된다.
• 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 부른다.
• 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있다. MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스이다.
• 스위치의 전원을 켠 상태에서는 MAC 주소 테이블이 비어있다. 이때 프레임이라는 데이터가 전송되면 출발지 MAC 주소를 등록한다. 이를 MAC 주소 학습 기능이라고 한다.
• MAC 주소 테이블이 비어있는 상태에서 데이터가 전송되면 테이블로 목적지를 찾을 수 없다. 그러면 송신 포트 이외의 포트로 데이터가 전송되는데 이러한 데이터(프레임) 전송을 플러딩이라고 한다.
• 목적지 MAC 주소가 테이블에 등록되어 있다면 허브와 달리 목적지 컴퓨터에만 데이터가 전송된다. 이를 MAC 주소 필터링이라고 한다.

15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

전이중 통신과 반이중 통신

• 전이중 통신 : 데이터의 송신과 수신을 동시에 수행하는 통신 방식이다.
  • 컴퓨터 간을 직접 크로스 케이블로 연결하는 방식이다.
  • 스위치는 전이중 통신 방식으로 데이터를 주고받는다.
• 반이중 통신 : 회선 한 개로 송신과 수신을 번갈아가며 수행하는 통신 방식이다.
  • 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생한다.
  • 허브는 회선 하나를 송신과 수신을 번갈아가면서 사용한다.

충돌 도메인이란?

• 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.
  • 허브는 접속되어 있는 모든 컴퓨터가 충돌 도메인이 된다.
  • 스위치는 접속되어 있는 모든 컴퓨터에 영향을 미치지 않는다. 여기서 충돌 도메인은 각각의 컴퓨터를 의미힌다.
• 네트워크를 지연시키지 않기 위해서라도 충돌 도메인의 범위를 좁히는 것이 중요하다.

보강 1. ARP

• ARP : Address Resolution Protocol, 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용하여 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜이다.
• 이더넷 프레임을 전송하려면 목적지 컴퓨터의 MAC 주소를 지정해야 한다. 출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모르면 알아내기 위해 네트워크에 브로드캐스트를 한다. 이를 ARP 요청이라고 한다.
• ARP 요청에 대해 지정된 IP 주소를 가진 컴퓨터는 MAC 주소를 응답으로 보낸다. 이를 ARP 응답이라고 한다.
• 출발지 컴퓨터에서는 MAC 주소를 얻은 후에 MAC 주소와 IP 주소의 매핑 정보를 메모리에 보관한다. 이 정보를 ARP 테이블이라고 한다. 이후 데이터 통신은 자신의 컴퓨터에 보관된 ARP 테이블을 참고하여 전송한다.
• IP 주소가 변경되면 해당 MAC 주소도 함께 변경되므로 제대로 통신할 수 없다. 그래서 ARP 테이블에서는 보존 기간을 ARP 캐시로 지정하고 일정 시간이 지나면 삭제하도 다시 ARP 요청을 한다.
  • ARP 캐시 : 가장 최근에 변환한 IP 대 하드웨어 주소를 보관하고 있는 램의 한 영역이다.
• arp -a : 윈도우 ARP 캐시 내용 확인 명령어
• arp -d : ARP 캐시를 강제로 삭제

16. 이더넷의 종류와 특징

• 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류된다.
• 주요 이더넷 규격에는 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T가 있다.
• 통신 속도 | 전송 방식 - 케이블로 구성된다.
  • 통신속도는 Mbps 단위이다.
  • BASE는 BASEBAND(펄스 신호에 의한 디지털 전송 방식)라는 전송 방식을 나타낸다.
  • T는 케이블 종류를 나타낸다.
    • 동축 케이블은 하이픈 대신 케이블의 최대 길이를 100미터 단위로 표시한다.