[혼공네트]2주차_물리계층과 데이터 링크 계층

물리계층 : 하드웨어와 관련, 컴퓨터의 0과1의 비트 데이터를 통신매체에 맞는 신호로 운반되도록 데이터 변환이 이루어지고, 데이터 송수신이 이루어지는 계층

데이터링크 계층 : 네트워크 내 주변장치 간의 정보 주고받는 계층, 물리계층을 통해 주고받는 정보 오류 검증하고, MAC 주소체계를 통해 송수신지를 특정,

이더넷

이더넷(Ethernet)이란?
유선LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 네트워크 기술로, 다양한 통신매체의 규격과 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고 받는 방법등이 정의된 네트워크 기술

이더넷과 물리계층

컴퓨터끼리 정보를 주고 받으려면 케이블과 같은 하드웨어 통신매체와, 통신매체와 호스트를 연결하는 하드웨어 장비인 NIC(네트워크 장비)가 있어야 한다.

이더넷과 데이터링크 계층

• 이더넷은 데이터를 프레임(frame) 단위로 나눠 전송합니다. 이러한 것을 이더넷프레임이라 하고 그 형식도 정해져 있다.

• 이데넷프레임의 구성
  header + 페이로드 + 트레일러

1. header
1-1. 프리앰블

• 이더넷프레임의 시작을 알리는 8비트크기의 정보
• 송수신지 간의 동기화위해 사용되는 정보

1-2. 수신지MAC 주소 & 송신지MAC 주소

• LAN 내의 '물리적 주소' 로수신지와 송신지를 특정할 수 있음, 일반적으로 고유하고, 변경되지 않는 주소를 뜻함
• NIC라는 하드웨어장치가 MAC주소를 인식함

1-3. 타입/길이

• 타입이란 '어떤 정보를 캡슐화했는지'를 나타내는 정보

2. 페이 로더
2-1. 데이터

• 상위계층에서 전달받거나, 상위 계층으로 전달해야 할 내용

3. 트레일러
3-1.FCS(Frame Check Sequence)

• 수신한 이더넷 프레임 오류있는지 확인하기 위한 필드: 오류 검출 역할
• CRC(Cyclic Redundancy Check): 순환중복 검사라 불리는 오류 검사용 값이 들어감
• FCS는 송수신지의 CRC 값을 비교하여 오류 검출

💡질문하기: 이더넷이 그럼 프로토콜인가?
chatGPT에 질문하고 답하기

NIC(네트워크 장비)와 케이블(통신 매체)

NIC의 역할

• NIC는 호스트(pc)와 통신매체(케이블)를 물리적으로 연결하는 하드웨어 장비
• 물리계층 : 호스트와 통신매체 사이의 신호 변환 및 데이터 송수신 역할
• 데이터링크계층: MAC 주소 관리, 프레임 처리, 오류 검증

케이블(통신 매체)

• 트위스티드 페어 케이블
  : 구리선을 통해전기 신호 주고 받음
  : 커넥터와 케이블 본체로 구성

• 광섬유 케이블
  : 빛(광섬유) 주고 받음
  : 전기 신호 이용하는 케이블에 비해 속도 빠르고, 먼 거리 전송 가능

허브 : 물리계층 네트워크 장비

통신 매체를 통해 송수신되는 메시지는 다른 호스트에게 전달되는 과정에서 네트워크 장비를 거칠 수 있습니다.

--> 물리계층에서 케이블을 통해 송수신되는 메시지는 다른 호스트에게 전달되는 과정에서 허브라는 네트워크 장비를 거칠 수 있습니다.

💡 허브를 학습하는 이유?
오늘날 인터넷 환경에서는 잘 사용하지 않지만, 데이터 링크계층의 네트워크 장비인 '스위치'를 이해하고 비교하기 위해 학습한다.
--> 즉, 허브를 학습할 때 '스위치'와 그 특징을 비교하며 학습하는 것이 효율적이다.

📌 허브(HUB) : 여러 대의 호스트를 연결하는 네트워크 장비

• 허브의 특징

1. 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 보낸다. : 주소 개념이 없어 수신지 특정하지 않는다.
2. 반이중모드로 통신 : 한 번에 한방향으로만 전송할 수 있는 통신방식 즉, 동시에 송수신 불가
3. CSMA/CD : 반이중모드로 인해, 허브에 동시에 신호를 송신하면 충돌이 일어남(콜리전), 허브의 한계--> 충돌방지 프로토콜이 바로 CSMA/CD

CSMA/CD 특징

• CS : Carrier Sense 캐리어 감지-> 호스트틀이 메시지를 전송하기 전에 현재 전송이 가능한 상태인지 확인(통신 매체의 사용 가능 여부 검사)
• MA : Multiple Access 다중 접근 : 복수의 호스트가 네트워크에 접근하려는 상황
• CD : Collision Dectection 충돌 검출 : 복수의 호스트가 네트워크 접근하여 충돌 발생하면 일정 시간만큼 대기 후 다시 전송

스위치 : 데이터 링크계층 네트워크 장비

통신 매체를 통해 송수신되는 메시지는 다른 호스트에게 전달되는 과정에서 네트워크 장비를 거칠 수 있습니다.

-> 데이터링크 계층에서 케이블을 통해 송수신되는 메시지는 다른 호스트에게 전달되는 과정에서 네트워크 장비인 `스위치'를 거칠 수 있습니다.

📌 스위치

• 스위치의 특징

1. 전달받은 신호를 원하는 포트로만 보낼 수 있다. : MAC 주소를 학습함
2. 전이중모드로 통신 : 동시에 송수신가능 -> 충돌 위험 감소, CSMA/CD 이용할 필요 없음
3. LVAN 구성 : 논리적으로 LAN 분리하는 가상의 LAN 구축 가능

• MAC 주소 학습 원리

🏅 기본 숙제

Ch.02(02-1) 확인 문제 2번(p.87) 풀고 설명하기

ㄱ. 프리앰블 : 이데넷 프레임이 오고 있다는 것을 알리는 역할/정보
ㄴ. 송신지 MAC 주소
ㄷ. FCS : 송수신지의 CRC값 비교해서 오류 검출하는 역할

(02-3)확인 문제 4번(p.111) 풀고 설명하기

1. CS -> 캐리어 감지
2. MA -> 다중 접근
3. CD -> 충돌 검출

물리계층의 네트워크 장비인 허브는 여러대의 여러호스트를 연결하는 역할을 합니다. 허브는 반이중모드로 통신하기 때문에, 호스트에서 동시에 신호를 송신할 경우, 출동(콜리전)이 발생할 수 있습니다. 이러한 충돌문제를 해결하기 위한 프로토콜이 CSMA/CD입니다.

호스트들이 메시지를 전송하기 전에 1. 먼저 현재 전송이 가능한 상태인지를 확인하고, 2. 다른 호스트가 전송 중이지 않을 때 메시지 전송한다. 3. 부득이하게 다수의 호스트가 접근하여 충돌이 발생하면 임의의 시간만큼 대기 후에 다시 전송한다.

🎁 선택 숙제

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