2주차

• chapter2
• Ch.02(02-1) 확인 문제 2번(p.87), (02-3)확인 문제 4번(p.111) 풀고 설명하기
• 집에 있는 케이블에 표기된 명칭 표기를 바탕으로 케이블 구조 및 전송속도 가늠해 보기

chapter02 물리 계층과 데이터 링크 계층

02-1 이더넷(Ethernet)

다양한 통신 매체의 규격들과 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고받는 방법 등이 정의된 네트워크 기술

이더넷 표준

IEEE802.3

• 이더넷 관련 다양한 표준들의 모음
• IEEE 802.3 ETHERNET WORKING GROUP
• 이더넷 표준에 따라 지원되는 네트워크 장비, 통신 매체의 종류와 전송 속도 등이 달라질 수 있다.

통신 매체 표기 형태

1.전송 속도(data rate)

2.BASE

• BASEbande = modulation type(변조 타입)
• modulation type: 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법
• 일반적으로 LAN환경에서는 대부분 디시털 신호를 송수신하는 베이스밴드 방식 사용
• BASE 외에 BROAD(BROADbnad), PASS(PASSband)가 있음

3.추가 특성(additional distinction)

통신 매체의 특성 명시

1) 케이블 종류 (통신 매체 종류)

• T: Twisted Pair 케이블 ex) 100BASE-T
• C: Coaxial 동축 케이블
• S: Short-wavelength 단파장 광섬유 테이블 ex) 1000BASE-SX
• L: Long-wavelength 장파장 광섬유 케이블 ex) 1000BASE-LX

2) 전송 거리
최대 전송 거리
예) 100BASE-TX -> 최대 100m 전송 가능(IEEE 표준에서 규정함)

3) 인코딩 방식
물리 계층에서 사용되는 인코딩 방식
예) 100BASE-T4: 8B6T 인코딩 사용(마찬가지로 IEEE 표준 규정)

4) 레인 수
고속 이더텟에서 동시에 사용되는 비트 전송로(레인)의 수
예) 40GBASE-SR4: 4개의 레인 사용

5) 기타 특성

• F: Fiber 광섬유 케이블
• E: Extended 확장 거리 지원
• Z: Extended reach 확장 도달 거리

이더넷 프레임

이더넷 네트워크에서 데이터를 전송하는 기본 단위

출처: self-learning-cs2 깃허브

프리앰블(preamble)

송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보

수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소

• MAC주소: 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트 길이의 주소, LAN내의 송신지와 송신지를 특정할 수 있다. 일반적으로 고유하고, 변경되지 않는 주소

타입/길이

2바이트 길이로 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타내거나 데이터 필드의 길이를 표시한다

• type: 어떤 정보를 캡슐화했는지 나타내는 정보(= ethertype)

데이터

• 상위 계층에서 전달받거나 상위 계층으로 전달해야 할 내용
• 46~1500 바이트 길이: 46바이트 이하라면 padding(46바이트 이상이 될 때까지 0으로 채워진다)

FCS(Frame Check Sequence)

• 프레임의 오류를 검출하기 위한 값
• CRC(Cyclic Redundancy Check): 순환 중복 검사, 오류 검출용 값
• 송수신지의 CRC 값을 비교해서 오류 검출

🪄 결론

이더넷 프레임의 역할

• 데이터 전송
• 주소 지정
• 오류 검출
• 프로토콜 식별

02-2 NIC와 케이블

NIC(Network Interface Controller)

• 호스트와 통신 매체를 연결,호스트와 통신 매체 사이의 인터페이스 역할을 담당, MAC주소가 부여되는 네트워크 장비
  
  출처: 네트워크 어댑터란? NIC의 기능, 구성 및 분류

케이블

NIC 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체

트위스티드 페어 케이블

• twisted pair cable : 구리 선으로 전기 신호를 주고 받는 통신 매체
  
  출처: 트위스티드 페어 케이블
  
  커넥터: RJ-45

• noise: 전기 신호를 왜곡시킬 수 있는 간섭

• shielding(차폐): 구리선 주변을 감싸 노이즈를 감소시키는 방식

• braided shield/foil shield: 차폐에 사용된 그물 모양의 철사와 포일

실드에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류

• STP(Shielded Twisted Pair): 브레이드 실드로 구리 선을 감싸 노이즈를 감소시킨 트위스티드 페어 케이블
• FTP(Foil Twisted Pair): 포일 실드로 노이즐르 감소시킨 트위스티드 페어 케이블
• UTP(Unshielded Twisted Pair): 아무것도 감싸지 않은 구리 선만 케이블

카테고리에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류

• 이더넷 네트워크에서의 최대 전송 속도 및 주파수를 기준으로 분류

광섬유 케이블

• fiber optic cable: 빛(광신호)을 이용해 정보를 주고받는 케이블
• 전기 신호를 이용하는 케이블에 비해 속도도 빠르고 먼 거리까지 전송 가능
• 노이즈로부터 간섭다는 영향도 적음(그래서 대륙 간 네트워크 연결)

광섬유 케이블의 생김새

출처: 광케이블(싱글, 멀티)의 종류 및 규격

• 코어(core): 광섬유 중심, 광섬유에서 실질적으로 빛이 흐르는 부분
• 클래딩(cladding): 코어를 둘러 싸고 있는 외부 층, 빛이 코어에서 외부로 빠져나가는 것을 방지

싱글 모드 광섬유 케이블

• 코어 지름: 8 ~ 10 마이크로미터

멀티 모드 광섬유 케이블

• 코어 지름: 50 ~ 62.5 마이크로미터

02-3 허브

허브

• 여러 대의 호스트를 연결하는 물리 계층 장비
• 리피트 허브(repeather hub), 이더넷 허브(Ethernet hub)

허브의 특징

1. 전달받은 신호를 다른 포트로 그대로 다시 보낸다.
2. 반이중 모드로 통신(half duplex)합니다.
   • 마치 1차선 도로처럼 송수신을 번갈아가면서 하는 통신 방식
   • 참고) 전이중 모드(full duplex) 송수신을 동시에 양방향으로 할 수 있는 통신 방식

리피터(repeater): 전기 신호가 감소하거나 왜곡되는 것을 방지하기 위해 전기 신호를 증폭시켜 주는 장비

콜리전 도메인(collision-> 충돌)

• 동시에 허브로 신호를 송신하면 collision이 발생한다.
• 호스트가 많이 연결되어 있을수록 총돌 발생 가능성이 높다
• collision domain: 충돌이 발생할 수 있는 영역
• 해결 방법: CSMA/CD 프로토콜 사용, 스위치 사용

MAC: 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 할당된 고유한 하드웨어 주소

• 6바이트로 표현되며, 일반적으로 16진수 형식으로 사용
• ex) AA:BB:CC:DD:EE:FF
• 앞 3바이트: 제조사 식별자(OUI, Organizationally Unique Identifier)
• 뒤 3바이트: 고유 장치 식별자(Device Identifier)

CSMA/CD

• 허브에서 충돌이 발생하는 근본적인 이유는 허브가 반이중 모드로 통신하기 때문
• 이 문제를 해결하기 위한 프로토콜이 CSMA/CD다
• 매체 접근 제어 방법의 일종 (MAC: Media Access Control)
  • 여러 호스트가 공유하는 통신 매체(media)에 접근(access)할 때 사용 가능한 제어 방식(control)
• Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

1. CS = Carrier Sense= 캐리어 감지
   • 현재 통신 매체의 사용 가능 여부 검사
2. MA = Multiple Access, 다중 접근
   • 다른 호스트가 전송 중이지 않을 때 메시지 전송
3. CD = Collision Detection, 충돌 검출
   • 다수의 호스트가 접근하여 충돌이 발생하면 임의의 시간만큼 대기한 후에 다시 전송

02-4 스위치

스위치(switch)

• 데이터 링크 계층의 네트워크 장비
• 2계층에서 사용한다 하여 L2 스위치라고도 부름
• 허브와 다른 점: MAC 주소를 학습해 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 프레임을 전달할 수 있고, 전이중 모드의 통신 지원, CSMA/CD 프로토콜의 대기시간이 없어서 성능적으로도 이점이 있음

스위치의 특징

MAC 주소 학습(MAC address learning): 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소와의 관계를 기억
MAC 주소 테이블(MAC address table): MAC 주소 학습을 위해 포트와 연결된 호스트의 MAC 주소 간의 연관 관계를 메모리표 형태로 기억. 스위치의 포트와 호스트의 MAC 주소 연관 관계를 나타내는 정보.

MAC 주소 학습

스위치의 기본 작동 방식

1) 플러딩(flooding): 스위치가 특정 프레임의 목적지 MAC 주소를 모를 때, 해당 프레임을 모든 포트로 전송하는 과정
2) 포워딩(forwarding)과 필터링(filtering)

• 포워딩: 스위치가 목적지 MAC 주소를 알고 있을 때, 프레임을 해당 MAC 주소가 있는 포트로만 전송하는 과정
• 필터링: 스위치가 프레임의 목적지 MAC 주소가 동일한 포트에 있을 때 전송을 차단(drop)하는 기능. 불필요한 데이터 전송을 방지하여 네트워크 트래픽을 최적화
  3) 에이징(Aging): 스위치가 MAC 주소 테이블에서 오래 사용되지 않은 MAC 주소 항목을 자동으로 삭제하는 기능

VLAN

• Virtual LAN: 한 대의 스위치로 가상의 LAN을 만드는 방법

포트 기반 VLAN

• 스위치의 포트가 VLAN을 결정하는 방식
• VLAN Trunking: 두 대 이상의 VLAN의 스위치를 효율적으로 연결하여 확장하는 방법.
• 스위치 간의 통신을 위한 특별한 포트인 trunk port에 VLAN 스위치를 서로 연결하는 방식

MAC 기반 VLAN

• 사전에 설정된 MAC 주소에 따라 VLAN에 결정되는 MAC 기반 VLAN
• 송수신 하는 프레임 속 MAC 주소가 호스트가 속할 VLAN을 결정하는 방식

기본 숙제

Ch.02(02-1) 확인 문제 2번(p.87), 4번(p.111) 풀고 설명하기

ㄱ) 프리앰블: 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보
ㄴ) 송신지 MAC 주소: 일반적으로 고유하고 변경되지 않는 주소
ㄷ) FCS: 프레임의 오류를 검출하기 위한 값

4번(p.111)
1) CS = 캐리어 감지: 현재 통신 매체의 사용 가능 여부 검사
2) MA = 다중 접근: 다른 호스트가 전송 중이지 않을 때 메시지 전송
3) CD = 충돌 검출: 다수의 호스트가 접근하여 충돌이 발생하면 임의의 시간만큼 대기한 후에 다시 전송

추가 숙제

집에 있는 케이블에 표기된 명칭 표기를 바탕으로 케이블 구조 및 전송속도 가늠해 보기

다나와에서 비싸보이는 기가 랜선을 검색해서 조사했습니다.
CAT8 SSTP 게이밍 인터넷 기가 랜선 초고속 랜케이블

1.CAT8 (클릭 시 해당 글 블록으로 이동)

• 최대 40Gbps 속도 지원
• 최대 2000MHz 지원
• 데이터센터, 서버룸, 게이밍 환경에서 주로 사용

2.SSTP

• STP보다 한 단계 더 강화된 차폐 방식
• 각 꼬인 신호선 쌍이 개별적으로 차폐, 추가적으로 전체 케이블 외부에 또 하나의 차폐층(스크리닝) 적용 -> 2중 차폐
• 간섭 방지 성능이 매우 높음
  - 서버룸, 고밀도 사무실에서는 전자기 간섭이 심한 환경이라 SSTP가 필수적이라 함 🧐
• 데이터 손실 최소화