이더넷(Ethernet) - 물리계층, 데이터링크계층, 프레임 구조 | 네트워크(3)

PUREUN KANG·2025년 6월 15일

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이더넷(Ethernet)과 물리계층 & 데이터링크계층

두 계층은 이더넷이라는 공통 기술을 사용한다

이더넷은 물리계층과 데이터링크계층 모두에서 공통적으로 적용되는 네트워크 기술이다.

이더넷 (Ethernet)

유선 LAN 환경에서 가장 널리 사용되는 네트워크 기술
다양한 통신 매체의 규격, 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고받는 방식 등을 정의

케이블

송신자와 수신자가 정보를 주고받기 위한 통신 매체

이더넷 표준

유선 LAN 환경 구축 시

물리계층: 이더넷 규격의 케이블 사용
데이터링크계층: 이더넷 프레임 형식 사용

IEEE 802.3

이더넷 관련 기술은 국제조직인 전기전자공학자협회 (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) 에서 표준화
IEEE 802.3:
- 다양한 이더넷 표준들의 모음
- 동시에 이더넷 표준화를 담당하는 전문가 단체인 Ethernet Working Group 의 이름이기도 함

표준 표기법

표준 이름: 802.3 + 알파벳
표준에 따라 지원 네트워크 장비, 통신 매체 종류, 전송 속도 등이 달라짐

통신 매체 표기 형태

구분	의미
전송 속도 (Data Rate)
`숫자만 표기`	Mbps 속도
`숫자 + G` 표기	Gbps 속도
베이스밴드 (BASE)
`BASE`	BASEband의 약자 (변조 타입 의미)
변조 타입 (Modulation Type)
-	데이터를 비트 신호로 변환하여 통신 매체로 전송하는 방법
그 외
`BROADband` / `PASSband`	다른 변조 방식

추가 특성 (Additional Distinction)

통신 매체의 특성 명시
- 전송 가능한 최대 거리
- 물리계층 인코딩 방식 (비트 신호 변환 방식)
- 레인 수 (비트 신호를 전달하는 전송로 수)

통신 매체 종류 & 추가 특성 표기

이더넷 표준에서는 통신 매체의 종류와 특성을 간략하게 표기한다.

케이블 종류 및 표기

표기	케이블 종류	설명
C	동축 케이블	Coaxial Cable
T	트위스티드 페어 케이블	구리선을 서로 꼬아 만든 케이블
S	단파장 광섬유 케이블	Short-wavelength Fiber
L	장파장 광섬유 케이블	Long-wavelength Fiber (빛 이용)

참고

트위스티드 페어 (T): 대부분의 유선 LAN 환경에서 사용되는 일반적인 구리선 케이블
광섬유 (S, L): 고속 전송이나 장거리 전송에 활용
동축 케이블 (C): 초기 이더넷에서 사용되었으나 현재는 거의 사용되지 않음

이더넷 표준과 통신 매체 예시

케이블 표기 예시

표기	설명
10BASE-T	10Mbps 속도를 지원하는 트위스티드 페어 케이블
1000BASE-SX	1000Mbps 속도를 지원하는 단파장 광섬유 케이블
1000BASE-LX	1000Mbps 속도를 지원하는 장파장 광섬유 케이블

주의: 이더넷 표준과 통신 매체 표기가 항상 일대일 대응하는 것은 아님.

이더넷 표준 규격과 통신 매체 대응표

표준 규격	통신 매체 표기
IEEE 802.3i	10BASE-T
IEEE 802.3u	100BASE-TX
IEEE 802.3ab	1000BASE-T
IEEE 802.3bz	2.5GBASE-T, 5GBASE-T
IEEE 802.3an	10GBASE-T
IEEE 802.3z	1000BASE-SX, 1000BASE-LX
IEEE 802.3ae	10GBASE-SR, 10GBASE-LR

이더넷 속도 발전 흐름

초기 이더넷 (Ethernet): 10Mbps
고속 이더넷 (Fast Ethernet): 100Mbps
기가비트 이더넷 (Gigabit Ethernet): 1Gbps
10기가비트 이더넷 (10 Gigabit Ethernet): 10Gbps

이더넷 프레임 (Ethernet Frame)

이더넷 네트워크에서 송수신되는 데이터는 이더넷 프레임 형식으로 정의되어 있다.

캡슐화 (Encapsulation) 과정에서 생성됨
- 상위 계층으로부터 받아온 데이터를 받아, 헤더와 트레일러를 덧붙여 프레임 완성
역캡슐화 (Decapsulation) 과정에서 헤더와 트레일러 제거 후 상위 계층으로 전달

이더넷 프레임 구성

구분	내용
프레임 헤더	프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이
페이로드	상위 계층에서 전달받은 데이터
트레일러	FCS (Frame Check Sequence)

프리앰블 (Preamble)

수신자가 프리앰블을 통해 프레임의 시작을 인식
송수신 간 동기화 정보
구성:
- 앞 7바이트: 10101010 반복
- 마지막 1바이트: 10101011

수신지 MAC 주소 / 송신지 MAC 주소

MAC 주소 (물리적 주소, 하드웨어 주소)
데이터링크 계층의 핵심 주소 체계
특징:
- 6바이트 (48비트)
- 16진수 12자리로 표기
- 일반적으로 고유하며, 네트워크 인터페이스 카드(NIC)마다 부여됨
- 한 컴퓨터에 NIC가 여러 개면 MAC 주소도 여러 개 존재 가능
같은 네트워크 내에서 중복되면 송수신지 특정이 불가능하므로 중복이 없어야 함

MAC 주소 확인 방법

Windows:
- 명령 프롬프트 → getmac /v 또는 ipconfig /all
MacOS:
- 터미널 → ifconfig 입력

타입 / 길이 (Type / Length)

해당 필드에는 타입 (Type) 혹은 길이 (Length) 가 올 수 있다.

타입 (Type)

이더넷 프레임이 어떤 상위 계층 프로토콜을 담고 있는지 표시
이더타입 (Ethertype) 이라고 부름
예시:
- 0x0800: IPv4
- 0x86DD: IPv6
- 0x0806: ARP

타입/길이 필드의 값에 따른 구분

타입/길이 필드에 들어가는 값에 따라 해당 필드의 의미가 달라진다.

값의 범위	의미	비고
1500 이하 (16진수 `05DC`)	프레임 길이 (Length)	프레임의 전체 크기를 나타냄
1536 이상 (16진수 `0600`)	이더타입 (Type)	캡슐화된 상위 계층 프로토콜 종류

참고

이더넷 표준상 1500바이트는 페이로드의 최대 크기 (MTU, Maximum Transmission Unit)
1536부터는 이더타입으로 사용하기 위해 값의 충돌을 피해서 구분됨
이 구분 방식 덕분에 타입/길이 필드가 하나로 통합되어 있음

페이로드 (Data)

상위 계층에서 전달받거나 상위 계층으로 전달해야 할 데이터 포함
일반적으로 네트워크 계층의 데이터 + 네트워크 계층 헤더 가 포함됨 (PDU: Protocol Data Unit)

크기 규칙

구분	내용
최대 크기	1500바이트
최소 크기	46바이트 이상이어야 함
패딩 (Padding)	데이터가 46바이트보다 작으면 남는 공간을 `0`으로 채워 패딩 처리

FCS (Frame Check Sequence)

수신한 이더넷 프레임의 오류 여부 검출을 위한 필드
CRC (Cyclic Redundancy Check, 순환 중복 검사) 값 포함

동작 과정

송신지 측:
- 프리앰블 제외 나머지 필드값으로 CRC 값 계산 → FCS 필드에 삽입
수신지 측:
- 수신한 프레임에서 프리앰블과 FCS를 제외한 나머지 필드값으로 CRC 재계산
- 재계산한 CRC 값과 FCS에 들어있는 값을 비교
결과:
- 일치 → 정상 수신
- 불일치 → 오류 발생 → 해당 프레임 폐기

참고: 토큰 링 (Token Ring)

이더넷 외에 과거 사용되던 다른 LAN 기술
호스트들이 고리형(링 형태) 으로 연결
토큰 (Token) 이라는 특별한 제어 정보를 순서대로 주고받음
토큰을 가진 호스트만 네트워크에 데이터 전송 가능

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