[네트워크]데이터 링크 계층: 랜에서 데이터 전송하기

I.데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

1.이더넷(Ethernet)

 이더넷은 랜에서 데이터를 주고받는 규칙이다. 데이터 링크 계층에서는 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는데 이것이 이더넷이다. 만약 허브를 통해 전기 신호가 전달되면 허브는 데이터가 전달되어야 하는 포트 이외에도 허브에 연결된 모든 포트에 데이터를 전송한다. 이더넷은 목적이 정보를 추가하여 목적지 이외의 허브로 수신되는 걸 방지한다. 또한 여러대의 데이터가 동시에 송출되면 충돌이 발생하는데 이더넷은 이를 데이터 보내는 시점을 늦춰 이를 방지한다. 이더넷은 CSMA/CD(스위치의 등장으로 현재는 많이 쓰이지 않는다.)라는 데이터를 늦추는 방법 사용한다. 이처럼 이더넷은 랜에서 데이터를 주고받는 규칙을 설정한다.

 

• CS:데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다.
• MA:케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다.
• CD:충돌이 발생하고 있는지를 확인한다.

 

II.MAC주소의 구조

1.MAC주소

 MAC은 Media Access Control Address의 줄임말로 '물리주소'다. 전 세계에서 유일한 번호로 할당 되어있다. MAC주소는 48비트의 숫자로 구성되어 있는데 앞쪽 24비트는 랜카드 제조사 번호, 뒤의 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련 번호다. 

 

 MAC주소는 어떻게 통신할까? MAC주소는 이더넷 헤더를 구성하고 트레일러와 합쳐져 프레임을 이룬다. 이더넷 헤더는 목적지의 MAC주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트) 총 14바이트로 구성되어있다. MAC주소를 통해 출발지와 도착지의 주소를 알 수 있고 유형을 통해 프로토콜 종류를 식별할 수 있다.

 

이더넷 헤더

유형

 

 

 이더넷헤더에 더해 트레일러가 추가되면 프레임이 완성된다. 참고로 트레일러는 FCS(Frame Check Sequence)라고 불리며 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도다. 프레임은 네트워크를 통해 전송되는데 이제 그 과정을 살펴보자. 컴퓨터 1에서 컴퓨터 3으로 데이터를 전송한다고 가정하면, 데이터의 목적지인 컴퓨터 3의 MAC주소와 자신의 MAC주소 정보를 넣고 데이터를 전송한다. 이 과정에서 캡슐화가 일어난다. 이후 데이터 링크 계층에서 데이터네 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임이 만들어지고 물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기 신호로 변환하여 네트워크로 전송한다.

 

 

 허브는 컴퓨터 1이 보낸 데이터를 포트로 수신하고 모든 포트에 전송된다. 그러면 데이터는 모든 포트에 전송되지만, 이더넷 헤더에 명시된 목적지 주소 이외의 주소로 가는 데이터들은 파기되고 목적지에 알맞은 데이터만 살아남아 전달된다. 이 과정에서 역캡슐화가 일어난다. 

 

 

III.스위치의 구조

스위치

1.MAC 주소 테이블

 MAC 주소 테이블(MAC address table)에는 해당 포트에 연결된 컴퓨터의 MAC주소가 등록되는 데이터베이스다. 프레임 데이터가 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되지 되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록한다. 이를 MAC 주소 학습기능이라한다. 데이터가 전송 될 때 두 가지 경우의 수가 있다. 'MAC 주소 테이블에 주소가 저장 되어있는 경우' 혹은 '주소가 저장되지 않은 경우' 주소가 저장 되어있다면 처음 프레임에 저장된 목적지 주소로 데이터가 제대로 전달된다. 이를 MAC 주소 필터링이라 부른다. 하지만 주소 테이블에 주소가 저장되어있지 않다면, 데이터는 모든 포트로 전송되고 플러딩(flooding:홍수)가 일어난다.

 

MAC주소 필터링과 플러딩

 

IV.데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

1. 전이중 통신과 반이중 통신

 전이중 통신 방식(Full Duplex)은 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 방식이고 반이중 통신 방식(Half Duplex)는 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식이다. 전이중 방식은 데이터를 동시에 전송해도 충돌이나지 않지만, 반이중 방식은 동시에 데이터를 보내면 충돌이 난다. 

전 이중방식(좌)와 반 이중방식(우)

 

2.충돌 도메인

 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인(collision domain)이라한다. 다음 그림과 같이 허브는 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 된다. 반면 스위치는 데이터를 동시에 송수신할 수 있는 전이중 통신 방식이기에 충돌이 일어나지 않는다.

 

허브와 스위치의 충돌

V.이더넷의 종류와 특징

1. 이더넷 규격

 

VI.용어정리

데이터 링크 계층(data link layer) : 네트워크 기기 간에 데이터를 전송하고 물리 주소를 결정한다.

이더넷(Ethernet) : 컴퓨터 네트워크 기술 중 하나로 전 세계의 사무실이나 가정에서 일반적으로 사용되는 랜에서 가장 많이 활용되는 기술 규격이다.충돌(collision) : 데이터를 한 번에 하나만 전송할 수 있는 채널에 전송 장치 두 개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때 일어나는 데이터 충돌을 말한다.MAC 주소(Medium Access Control address) : 랜에 사용되는 네트워크 모델인 이더넷의 물리적인 주소로 컴퓨터 네트워크에서 각각의 기기를 구분하기 위해 사용하는 주소다.스위치(switch) : 랜을 구성할 때 사용되는 단말기 간 스위칭 기능이 있는 통신망 중계 장치다. 컴퓨터(호스트)에서 특정한 다른 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능이 있어 통신 효율이 향상된다.전이중 통신 방식(full-duplex communication) : 전화 회선과 같이 송신과 수신이 양쪽에서 동시에 이루어지는 양방향 통신이다. 서로 다른 회선이나 주파수를 이용하여 데이터 신호가 충돌되는 상황을 방지한다. 스위칭 허브를 사용하면 랜 카드와 허브 간의 동시 송수신이 가능해진다.ARP(Address Resolution Protocol, 주소 변환 프로토콜) : 네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜이다. IP 주소를 물리 주소인 MAC 주소로 변환하는 데 사용한다.

 

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출처:모두의 네트워크(저자:미즈구치 카츠야 / 옮긴이: 이승룡 / 출판사:길벗)