데이터링크 계층(2계층)의 MAC 주소와 NIC 동작

LAN에서 통신이 시작되는 가장 첫 단추

1. 왜 MAC 주소와 NIC를 이해해야 할까?

HTTP 요청이든 TCP 연결이든, 네트워크 통신은 물리 계층과 데이터링크 계층을 거쳐야만 시작됩니다.
이때 핵심 역할을 하는 것이 바로 MAC 주소와 NIC(Network Interface Card)입니다.

이 구조를 이해하면,

• 로컬 네트워크에서의 패킷 전송 흐름을 명확히 파악할 수 있고,

• DHCP, ARP, 스위치 브로드캐스트 동작 원리도 자연스럽게 연결됩니다.

2. MAC 주소란?

MAC(Media Access Control) 주소는 네트워크 인터페이스 식별자입니다.
LAN(Local Area Network) 내에서 장비를 구분하기 위해 사용되며, 프레임 전송의 최종 목적지 기준이 됩니다.

형식
48비트 (ex: 00-1A-2B-3C-4D-5E)

구조

• 앞 24비트: 제조사 식별자 (OUI)

• 뒤 24비트: 장치 고유 번호

특징

• 계층 2에서만 사용 (IP는 계층 3)

• 로컬 네트워크에서만 유효하며, 라우터를 넘어서면 IP 주소가 기준이 됩니다.

3. NIC(Network Interface Card)의 역할

NIC는 흔히 말하는 네트워크 카드로, 컴퓨터가 물리적으로 네트워크에 연결되는 창구입니다.

역할

• 전기/광 신호 ↔ 이더넷 프레임으로 변환 (물리 ↔ 논리)

• 전송받은 프레임의 목적 MAC 주소가 본인인지 확인

• MAC 주소를 식별자로 사용

MAC 주소 저장 위치
NIC는 제조 시 할당된 고유한 MAC 주소를 ROM에 내장하고 있습니다.
이는 전 세계에서 중복되지 않도록 IEEE에서 관리하며, 일반적으로 사용자가 수정하지 않습니다.

4. 4. MAC 주소 기반 통신 흐름

1) 목적지 MAC을 모를 경우 – ARP

네트워크 통신에서 전송하려는 대상의 IP 주소만 알고 MAC 주소를 모를 경우, ARP(Address Resolution Protocol)를 사용합니다.

• 송신 NIC는 ARP Request를 브로드캐스트

  	"192.168.0.3인 사람, MAC 주소 알려줘"

• 대상 장비가 ARP Reply를 유니캐스트로 응답

  	"나야. MAC은 00:0A:95:9D:68:16이야"

송신자는 응답을 받아 이더넷 프레임을 생성하고 MAC 주소를 포함해 전송

ARP로 획득한 MAC 주소는 ARP 캐시 테이블에 일정 시간 저장됩니다.

arp -a  # 현재 보관된 IP–MAC 매핑 확인

2) MAC 주소 획득 후

이더넷 프레임에 수신자 MAC / 송신자 MAC을 명시하고 전송됩니다.

3) 스위치 동작

• 스위치는 목적 MAC 주소를 기준으로 포트 테이블을 조회

• 해당 포트로만 프레임을 전달 (학습 이전에는 브로드캐스트)

4) NIC 수신 동작

• 수신된 프레임의 목적 MAC 주소가 자신의 주소와 일치하면
  → 상위 계층(TCP/IP)으로 전달

• 불일치 시: 무시

5. 반대 개념: RARP (Reverse ARP)

RARP는 MAC → IP 변환 프로토콜입니다.
장치가 IP 주소를 모르는 상태에서 자신의 MAC 주소를 기반으로 IP 할당 요청할 때 사용됩니다.

• 과거 디스크 없는 장비나 초기 부팅 장비가 사용

• 현재는 DHCP(동적 IP 할당)가 모든 기능을 대체

• 실무에서는 사용되지 않음

정리하며

• ARP는 IP를 MAC으로 바꾸는 필수 프로토콜로,
  로컬 통신이 이루어지기 전에 반드시 수행됩니다.

• NIC는 수신된 프레임의 목적지 MAC이 자기 것인지 판단하여 상위 계층 전달 여부를 결정합니다.

네트워크 통신이 되지 않을 때는

• 네트워크 통신이 되지 않을 때, 가장 먼저 확인할 수 있는 지점이 MAC 주소 기반의 ARP입니다.
  (ARP 캐시 확인, ex: arp -a 명령으로 현재 장비가 인지하고 있는 IP↔MAC 매핑 확인 가능)

• 패킷이 수신되지 않으면, NIC 수준에서 수신 MAC 주소 필터링을 하고 있는지(NIC의 수신 동작 확인),
  혹은 스위치가 MAC 테이블을 잘못 학습한 건 아닌지 점검해야 합니다(스위치의 포트 학습 상태 확인).

• NIC 또는 MAC 주소는 네트워크 보안 정책에서 접근 제어 수단으로도 사용됩니다. (MAC 주소 필터링)

  등으로 문제를 추적할 수 있습니다.

면접 대비 요약

예상 질문	설명 포인트
MAC 주소란?	LAN 내에서 장치를 구분하는 식별자이며, 48비트로 구성된다. 데이터링크 계층에서 사용되고, IP는 계층 3이다.
NIC는 어떤 일을 하나요?	네트워크의 물리적 입출구이며, MAC 주소를 가지고 있고, 신호를 프레임으로 인식하며, 본인 MAC 주소와 일치하는 프레임만 수신한다.
MAC 주소 기반 통신은 어떻게 동작하나요?	ARP 요청 → MAC 획득 → 프레임 생성 → 목적지 NIC에서 MAC 일치 여부 확인 → 수신 처리