4. 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기
* 데이터 링크 계층(Data Link Layer)이란?
: 네트워크 기기 간에 데이터를 전송하고 물리 주소를 결정
* 이더넷(Ethernet)이란?
: 데이터를 정상적으로 주고 받기 위해 가장 많이 사용되는 랜에서 적용되는 규칙
허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고 받을 시 사용
- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Colliision Detection ; 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지)
: 과거 이더넷에서 시점을 늦추어 여러 컴퓨터가 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 일어나지 않게 하는 방법
- CS : '데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다' 는 규칙
- MA : '케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다'는 규칙
- CD : '충돌이 발생하고 있는지를 확인한다'는 규칙
- 이더넷 헤더 : 목적지 MAC 주소(6바이트)/출발지 MAC 주소(6바이트)/유형(2바이트) 총 14바이트
- 유형(Ethernet type) : 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류
[프로토콜을 식별하는 유형 번호(16진수)]
| 유형 변호 | 프로토콜 |
| 0800 | IPv4 |
| 0806 | ARP |
| 8035 | RARP |
| 814C | SNMP over Ethernet |
| 86DD | IPv6 |
* MAC 주소(Media Access Control Address ; 물리 주소)란?
: 전 세계에서 유일한 번호로 할당되어 있음
랜에 사용되는 네트워크 모델인 이더넷의 물리적인 주소
컴퓨터 네트워크에서 각각의 기기를 구분하기 위해 사용하는 주소
48비트 숫자로 구성
앞 24비트 - 랜 카드를 만든 제조사 번호/뒤 24비트 - 제조사가 붙인 일련번호
ex) 00-23-AE-D9-7A-9A
- MAC 주소 테이블(MAC address table)
: 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스
스위치의 전원을 켠 상태에서는 주소 테이블에 아무것도 등록되어 있지 않음
브리지 테이블
- MAC 주소 학습 기능
: 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임(데이터)이 전송될 시, MAC 주소 테이블을 확인하고
출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록
☞ 허브(더미 허브)에는 없는 기능
- MAC 주소 필터링
: MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것
불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않게 해줌
* FCS(Frame Check Sequence ; 트레일러)란?
: 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도
* 프레임(Frame)란?
: 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터
네트워크를 통해 전송됨
* 스위치(Switch)란?
: 랜을 구성할 때 사용하는 단말기 간 스위칭 기능이 있는 통신망 중계 장치
데이터 링크 계층에서 동작
레이어 2 스위치/스위칭 허브
MAC 주소 테이블 있음
컴퓨터(호스트)에서 특정한 다른 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능 있음
충돌이 일어나지 않는 구조로 되어있어 전이중 통신 방식으로도 데이터 송·수신 가능(효율성 ↑)
☞ 허브(더미 허브)는 반이중 통신 방식
* 플러딩(Flooding ; 홍수)이란?
: 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않아 송신 포트 이외의 포트에
데이터(프레임)을 전송하는 것
* 전이중 통신(Full-duplex Communication)과 반이중(Half-duplex Communication) 통신이란?
- 전이중 통신 : 데이터의 송·수신을 동시에 통신하는 방식(양방향 통신)
서로 다른 회선이나 주파수를 이용
데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않음
컴퓨터 간을 직접 랜 케이블로 연결하는 방식
스위칭 허브를 사용하여 랜 카드와 허브 간의 동시 송수신 가능
- 반이중 통신 : 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식
데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생함
컴퓨터 간을 허브에 연결하는 방식
* 충돌 도메인(Collision Domain)이란?
: 데이터 전송 시 일어나는 충돌의 영향이 미치는 범위
충돌 도메인의 범위가 넓을수록 네트워크 지연됨
허브에서는 접속되어 있는 모든 컴퓨터가 충돌 도메인이 됨
스위치에서는 접속되어 있는 모든 컴퓨터에 충돌이 영향을 끼치지 않음
- 충돌(Collision)
: 데이터를 한 번에 하나만 전송할 수 있는 채널에 전송 장치 2개가 같은 시점에 패킷을 보낼 때
일어나는 데이터 충돌
* ARP(Address Resolution Protocol ; 주소 변환 프로토콜)란?
: 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용하여 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜
네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜
IP 주소를 물리 주소인 MAC 주소로 변환하는 데 사용
이더넷 프레임을 전송하려면 목적지 컴퓨터의 MAC 주소를 지정해야 함
- ARP 요청(Request)
: 출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모를 시, MAC 주소를 알아내기 위해 네트워크에 브로드캐스트 패킷 요청
- ARP 응답(Reply)
: 요청에 대해 지정된 IP 주소를 가지고 있지 않은 컴퓨터는 응답하지 않지만, 지정된 IP 주소를 가진
컴퓨터는 MAC 주소를 응답으로 보냄
출발지 컴퓨터는 MAC 주소를 얻고 이더넷 프레임을 만들 수 있게 됨
- ARP 테이블(Table)
: 출발지 컴퓨터에서 MAC 주소를 얻고 MAC 주소와 IP 주소의 매핑 정보
메모리에 보관함
데이터 통신은 자신의 컴퓨터에 보관된 ARP 테이블을 참고하여 전송됨
IP 주소가 변경되면 해당 MAC 주소도 함께 변경되므로 제대로 통신할 수 없게되므로
보존 기간을 ARP 캐시로 지정하고 일정 시간이 지나면 삭제 후 다시 ARP 요청함
윈도우에서 ARP 캐시의 내용을 확인하려면 arp-a 명령어를 사용
윈도우에서 ARP 캐시를 강제로 삭제하려면 arp-d 명령어를 사용
- ARP 캐시(Cashe)
: 가장 최근에 변환한 IP 대 하드웨어 주소를 보관하고 있는 램(RAM)의 한 영역
* 이더넷 규격란?
[이더넷 규격]
| 규격 이름 | 통신 속도 | 케이블 | 케이블 최대 길이 | 표준화 연도 |
| 10BASE5 | 10Mbps | 동축케이블 | 500m | 1982년 |
| 10BASE2 | 10Mbps | 동축케이블 | 185m | 1988년 |
| 10BASE-T | 10Mbps | UTP케이블(Cat3이상) | 100m | 1990년 |
| 100BASE-TX | 100Mbps | UTP케이블(Cat5이상) | 100m | 1995년 |
| 1000BASE-T | 1000Mbps | UTP케이블(Cat5이상) | 100m | 1999년 |
| 10GBASE-T | 10Gbps | UTP케이블(Cat6이상) | 100m | 2006년 |
- 규격이름 : 통신속도-전송방식-케이블
ex) 10-BASE-T
- BASE : BASEBAND라는 전송방식
- T : UTP 케이블
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