[모두의 네트워크] 4장 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

랜에서 데이터를 주고받으려면 데이터 링크 계층의 기술이 필요하다.

 

- 데이터 링크 계층

네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층

랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층

그 규칙들 중 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙 = 이더넷

 

- 이더넷

랜에서 적용되는 규칙

허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용한다.

 

허브는 특정한 컴퓨터 한 대에 데이터를 보내려고 해도 다른 모든 컴퓨터에 전기 신호가 전달되는 문제가 있다.

이런 경우를 위해 데이터의 내용을 못보게 하는 확실한 규칙이 정해져 있다.

보내려는 데이터에 목적지 정보를 추가해서 보내고 목적이 이외의 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시하게 되어있다.

 

이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어있다.

데이터를 보내는 시점을 늦추는 것이다. 

이렇게 이더넷에서 시점을 늦추는 방법을 CSMA/CD 라고 한다.

 

- CSMA/CD

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.

하지만 지금은 효율이 좋지 않다는 이유로 거의 사용하지 않는다.

-> 스위치라는 네트워크 장비를 사용하면 충돌이 일어나지 않기 때문.

 

13. MAC 주소의 구조

랜 카드를 제조할 때 정해지는 물리적인 주소

 

랜 카드는 비트열을 전기신호로 변환한다.

이러한 랜 카드에는 MAC 주소라는 번호가 정해져 있다. 

제조할 때 새겨지고 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어 있다.

 

- MAC주소를 사용한 통신

OSI모델에서는 데이터 링크 계층에서

TCP/IP모델에서는 네트워크 계층에서

이더넷 헤더와 트레일러를 붙인다.

 

- 이더넷 헤더

목적지 MAC주소, 출발지 MAC주소, 유형

* 유형 : 프로토콜 종류를 식별하는 번호

 

- 트레일러 = FCS

데이터 뒤에 추가하는 것

데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도

 

- 프레임 = 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터

즉, 네트워크를 통해 프레임이 전송되는 것이다. 

 

- 컴퓨터 1은 이더넷 헤더에 데이터의 목적지인 컴퓨터 3의 MAC주소와 출발지인 자신의 MAC주소 정보를 넣고 데이터를 전송한다.

보내는 측의 컴퓨터 1에서 캡슐화가 일어나고 있는 것이다.

데이터 링크 계층에서 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임을 만들고,

물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기 신호로 변환하여

네트워크를 통해 전송하는 것이다.

 

컴퓨터 3에서는 물리 계층에서 전기 신호로 전송된 데이터를 비트열로 변환하고

데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 분리한다.

역캡슐화를 한 다음에 데이터를 수신하고 있는 것이다.

 

그래서 허브라고 해도 목적지 주소가 다르면 데이터를 파기해준다.

또한 컴퓨터1, 2가 동시에 컴퓨터 3에 데이터를 전송해도

이더넷은 충돌을 방지하기 위해 CSMA/CD 방식이 사용된다.

 

이처럼 이더넷은 네트워크에서 발생할 수 있는 문제를 확실하게 고려한 규격이다.

 

14. 스위치의 구조

스위치는 허브와 달리 데이터 충돌이 발생하지 않는다.

 

스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불린다. 외형은 허브와 비슷하다. 

 

- MAC주소 테이블

스위치 내부에 있고

스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC주소가 등록되는 데이터베이스이다.

 

- MAC 주소 학습 기능

스위치의 전원을 킨 상태에서는 아직 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록되어 있지 않다.

하지만 컴퓨터에서 목적지 MAC주소가 추가된 프레임이라는 데이터가 전송되면

확인하고 출발지 MAC주소가 등록되어 있지 않으면 MAC주소를 포트와 함께 등록한다. 

 

- 플러딩

컴퓨터 1에서 컴퓨터 3에 데이터를 전송한 시점에서는 아직 컴퓨터 3의 목적지 MAC 주소가

MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않아서 데이터가 여러 포트에 전송되는데 

이러한 데이터 전송을 플러딩이라고 한다. 

 

- MAC 주소가 등록되어 있으면 목적지 컴퓨터에만 데이터가 전송된다.

 

- MAC 주소 필터링

MAC주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것이다.

이것으로 불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않데 되는 것이다.

 

15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

케이블에 데이터가 아무리 많이 전송되어도 데이터는 충돌하지 않는데 

이 충돌하지 않는 구조에 대한 설명이다.

 

- 통신방식

1. 전이중 통신 방식

데이터의 송수신을 동시에 통신

2. 반이중 통신 방식

회선 하나로 송신과 수식을 번갈아가면서 통신

 

전이중 통신 방식은 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않는다.

반이중 통신 방식은 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생한다.

 

랜케이블 - 전이중 통신 방식

허브 - 반이중 통신 방식

스위치 - 전이중 통신 방식

 

즉, 허브를 사용하면 충돌이 생기면서 네트우크 지연이 발생한다.

그래서 네트워크로 스위치를 사용하는 것이 표준이다.

또한 스위치는 전송하면서 동시에 수신도 가능하여 효율이 매우 높다. 

 

- 충돌 도메인

허브는 반이중 통신 방식으로 동시에 데이터를 전송하면 충돌이 일어난다.

충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.

허브는 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 되어서 충돌의 영향이 모든 컴퓨터에 미친다. 

 

스위치는 충돌 도메인의 범위도 좁다. 그래서 통신 효율이 더 높다. 

 

16. 이더넷의 종류와 특징

- 이더넷 규격

케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류된다.