데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

랜에서 데이터를 주고받으려면 데이트 링크 계층의 기술이 필요하다. 데이터 링크 계층은 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층이다. 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요하다.

 

 

이더넷

그 규칙중 대표적인것이 ‘이더넷‘ 이다. 이더넷은 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을때 사용한다.허브를 사용했을때에는 모든 포트에 들어오는 데이터를 그대로 보내므로, 컴퓨터 여러대가 동시에 데이터를 보내면 ‘충돌’이 일어날 수 있다. 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 나지 않는 구조로 되어있다. 데이터가 보내는 시점을 조절한다. 이더넷에서 이처럼 시점을 늦추는 것을 ‘CSMA/CD‘ 라고 한다.

 

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지)

 

CS는 ‘데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다.’ 는 규칙이다.
MA는 ‘케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다’는 규칙이다. 하지만 지금은 효율적이지않기 떄문에 CSMA/CD를 거의 사용하지않는다.

 

 

 

MAC(Media Access Control Address) 주소의 구조

랜 카드는 비트열(0, 1)을 전기신호를 변환한다고 하였는데, 이러한 랜 카드에는 MAX 주소라는 번호가 정해져있다. 제조할 때 새겨지기 때문에 물리주소 라고도 한다. 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어있다.

 

MAC 주소는 중복되지 않도록 규칙이 정해져있고, 48 bit 숫자로 구성되어있다. [랜 카드를 만든 제조사 번호 (24 bit) - 제조사가 붙인 일련번호 (24 bit)]

 

OSI 모델이나 TCP/IP 모델은 각 계층에 헤더를 붙히는데, OSI 모델에서는 데이터 링크 계층에 해당하고 TCP/IP 모델에서는 네트워크 계층에 해당하는데, 이 계층에서 ‘이더넷 헤더’와 ‘트레일러’ 를 붙힌다.

 

이더넷 헤더(목적지의 MAC주소 : 6byte)
출발지 MAX 주소 (6 bype)
유형 (2 byte)

 

여기서 이더넷 유형은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜을 나타낸다. (IPv4, ARP, RARP, SNMP over Ethernet, IPv6) 각 프로토콜 종류를 식별하는 번호가 유형번호에 들어간다. 이더넷 헤더 외에 데이터 뒤에 추가하는 것을 ‘트레일러’ 라고 한다. FCS(Frame Check Sequence) 라고 하는데, 데이터 전송 도중에 오류가 발생했는지 확인하는 용도이다. 이처럼 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 ‘프레임’이라고 한다. 네트워크를 통해 프레임이 전송되는 것이다.

 

 

 

스위치의 구조

스위치 = 레이어 2 스위치 = 스위칭 허브

 

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블(MAX address table) 이라는 것이 있다. MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터 베이스이다. (=브리지 테이블)

 

MAC 주소 학습 기능 : 스위치의 전원을 켠 상태에서는 아직 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록되어있지 않는다. 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임이라는 데이터가 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고, 출발지 MAC 주소가 등록되어있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록한다. 해당 기능은 허브에는 존재하지 않는다.

 

컴퓨터 1에서 컴퓨터 3에 데이터를 전송한 시점에서는 아직 컴퓨터 3의 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어있지 않아서 송신 포트 이외의 포트인 데이터(프레임)이 전송되는데, 이러한 데이터(프레임) 전송을 ‘플러딩’ 이라고 한다.

 

MAC 주소 필터링 : MAC 주소가 등록되어있으면 목적지 컴퓨터에만 전송이 된다. MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것으로, 불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않는다.

 

 

 

데이터가 케이블에서 충돌하지않는 구조

전이중 통신 방식 : 데이터 송수신을 동시에 통신 (데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않는다)
반이중 통신 방식 : 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식 (데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생한다)

 

 

 

충돌 도메인

허브일 경우는 반이중 통신방식(충돌 발생)이고, 스위치일 경우는 전이중 통신방식(충돌 미발생)이다.

허브는 반이중 통신 방식으로 동시에 데이터를 전송하면 충돌이 일어나는데, 충돌이 발생할때 그 영향이 미치는 범위를 ‘충돌 도메인‘ 이라고 한다.

허브와 연결되어있는 모든 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 된다. 허브는 충돌의 영향이 모든 컴퓨터에 미친다.

스위치의 충돌 도메인은 좁다. 접속되어있는 모든 컴퓨터에 영향을 미치지 않고, 전이중 통신 방식이기 때문에 충돌도 발생하지 않는다. 충돌 도메인의 범위가 넓을수록 네트워크가 지연된다.

 

 

 

이더넷의 종류와 특징

10 BASE - T

10: 통신속도
BASE: 전송방식 (BASEBAND: 펄스 신호에 의한 디지털 전송 방식)
T: 케이블