모두의 네트워크 IV : 데이터링크 계층

IV : 데이터링크 계층

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모두의 네트워크 IV : 데이터링크 계층
랜에서 데이터 전송하기

Lesson 12 : 데이터링크 계층의 역할과 이더넷

데이터링크 계층은 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층이다.

랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층으로서, 가장 많이 사용되는 규칙이 이더넷 이다.

더미 허브의 개념에서, 보내는 측이 받을 목적지를 데이터에 추가하게 되면 브로드캐스트받은 나머지 컴퓨터는 이를 무시하게 된다.

이 허브에서 여러 대가 동시에 데이터를 전송하면 데이터가 충돌 되므로, 이를 피하기 위해 CSMA/CD 규칙 등을 사용한다.

이 CSMA/CD 는 캐리어 센스를 이용하여 현재 케이블에 신호가 흐르고 있는지를 감지하여 일정 시간 이후 재시도하는 기술이지만, 효율이 좋지 않기에 스위치 장비를 사용하여 문제를 해결하게 된다.

정리

• 이더넷은 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위한 규칙이다.
• 이더넷은 데이터 충돌을 막기 위한 규칙으로 CSMA/CD 규칙을 사용한다.

Lesson 13 : MAC 주소의 구조

랜 카드를 대표적으로 하는 네트워크 장비들에는 전 세계에서 유일한 물리 주소를 가지게 되는데, 이를 MAC 주소 라고 한다.

앞쪽 24비트는 해당 장비를 만든 제조사 번호이고, 뒤 24비트는 제조사가 붙인 일련번호이다.

데이터링크 계층에서는 데이터에 이더넷 헤더 와 트레일러 를 붙이는데, 이더넷 헤더는 출발지의 MAC 주소와, 도착지의 MAC 주소, 2바이트의 유형으로 총 14바이트이다.

이더넷 유형은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류로서, IPv4, ARP, RARP, IPv6 등이 있다.

데이터 뒤에 붙는 트레일러는, FCS (Frame Check Sequence) 로서, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용된다.

이렇게 이더넷 헤더와 트레일러가 붙은 데이터를 프레임 이라고 한다.

정리

• MAC주소는 48비트 (6바이트)로 구성된 숫자로서, 전 세계에서 유일한 물리적 기기 주소이다.
• 이더넷 헤더는 목적지 MAC주소, 출발지 MAC주소, 이더넷 유형으로 총 14바이트이다.
• 트레일러에는 FCS 라는 데이터 전송 오류 체크 기능이 들어간다.

Lesson 14 : 스위치의 구조

스위치는 데이터링크 계층에서 동작하고, 레이어2 스위치 혹은 스위칭 허브라고 불린다.

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 존재하는데, 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스이다. 이는 브리지 테이블이라고도 한다.

스위치의 전원을 켠 상태에서는 MAC 주소 테이블에 아무것도 없는 상태이다. 하지만 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임 데이터가 전송되면 송신자의 MAC 주소와 연결된 포트를 MAC 주소 테이블에 저장한다.

이러한 MAC 주소 학습 기능 덕에, 더미 허브처럼 브로드캐스팅으로 동작하지 않을 수 있다.

단, 이 스위치 허브도 만일 목적지 MAC 이 MAC 주소 테이블에 없다면, 연결된 모든 포트에 이를 브로드캐스트해야 하는데, 이를 플러딩 이라고 부르고, 테이블을 참조하여 특정 포트로만 전달하는 것을 MAC 주소 필터링 이라고 한다.

정리

• 스위치는 데이터링크 계층에서 동작하며, MAC 주소 테이블을 사용하는 장비이다.
• 포트에 연결된 장비의 MAC 주소를 기록하는데, 플러딩이 발생할 수도 있다.

Lesson 15 : 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

데이터 통신 방식에는 두 종류가 있는데, 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 전이중 통신과, 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가며 하는 반이중 통신이 있다.

컴퓨터 두 대를 크로스 케이블로 연결한 경우, 서로 1,2번 케이블로 송신한 데이터를 3,6번 케이블로 수신하므로 전이중 통신이 문제 없이 진행된다.

반면, 허브 내부에는 송수신이 나뉘어있지 않아 동시에 데이터를 보낼 때 충돌이 일어나기에, 반이중 통신 방식을 사용한다.

스위치에서는 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어있기 때문에, 전이중 통신 방식으로도 데이터를 주고받을 수 있게 된다.

충돌 도메인이란, 허브 등에서 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위 전체를 의미한다. 스위치는 데이터를 동시에 송수신하기 때문에 충돌이 일어나지 않으며, 충돌 도메인의 범위도 스위치에 연결된 컴퓨터 개별적이다.

정리

• 전이중 통신은 데이터의 송신과 수신을 동시에 수행하는 것이고, 반이중은 한 개의 회선에서 송수신을 번갈아가며 수행하는 것이다.
• 데이터 충돌이 발생할 때 그 범위를 충돌 도메인이라고 한다.
• 허브와 달리 스위치에서는 전이중 통신으로 연결이 가능하기 때문에, 충돌 도메인이 작다.