3. 데이터 링크 계층, 이더넷, MAC 주소, 프레임, 스위치

데이터 링크 계층: 랜에서 데이터 전송하기

 

여기서부터 본격적인 네트워크 연결 마술쇼가 시작된다. 물리 계층의 전기 신호 제어는 랜 카드와 랜선, 허브처럼 실체가 있는 장비와 협업하는 시스템이었다. 데이터 링크 계층부터는 네트워크 내부의 프로토콜이 중요해진다. 그리고 개념적으로 이해해야 하는 것들이 많아진다. 

 

 

데이터 링크 계층(data link layer)

 

네트워크 기기 간에 물리 주소를 설정하고 데이터를 전송한다.  

 

 

이더넷(ethernet)

이더넷은 랜에서 데이터를 주고 받을 때 사용하는 프로토콜이다. 랜을 구성할 때는 이더넷(유선), 와이파이(무선), LTE(무선) 등의 프로토콜이 있다. 

 

CSMA/CD

이더넷을 통해 여러 대의 컴퓨터가 데이터를 주고 받을 때 충돌을 막기 위한 방식이다. 

CS : 데이터를 보내려는 컴퓨터는 케이블에 신호가 흐르고 있는지 확인한다.

MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보낸다.

CD : 충돌이 발생하고 있는지 확인한다. 

최근에는 스위치를 사용하여 사전에 충돌을 예방하고 있다. 

 

MAC 주소

랜 카드에 부여된 고유의 물리 주소(48비트)이다.

 

이더넷 헤더

OSI 모델의 데이터 링크 계층, TCP/IP 모델의 네트워크 접속 계층에서 데이터에 붙이는 헤더이다. 목적지 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(상위 계층 프로토콜 종류를 식별하는 번호, 2바이트)의 총 14바이트로 이루어져 있다. 

 

트레일러

FCS(Frame Check Sequence)라고도 하며, 데이터 전송 중 오류가 발생하는지 확인한다.

 

프레임 

이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 가리킨다. 데이터 링크 계층에서 만들어진 프레임은 물리 계층에서 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 전송된다. 

 

 

아래 사진은 허브 우주선이 컴퓨터들을 납치하는 것 같이 보이지만, 사실은 데이터 링크 계층에서 일어나는 일을 각종 용어와 함께 정리한 것이다.

 

 

 

 

 

스위치(switch)

허브처럼 랜의 모든 포트에 데이터가 일괄 전송되지 않도록 데이터 전송의 흐름을 조절할 수 있는 기기이다. 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불린다.    

 

MAC 주소 테이블

스위치 내부에 있는 데이터베이스이다. 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결된 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되어 있다.

 

MAC 주소 학습

컴퓨터에서 프레임을 전송하면 해당 프레임의 출발지 MAC 주소가 포트 번호와 함께 MAC 주소 테이블에 저장된다. 

 

플러딩(flooding)

목적지 MAC 주소가 저장되어 있지 않은 상태에서 스위치에 연결된 다른 모든 포트에 데이터가 송신되는 것이다.

 

MAC 주소 필터링

목적지 MAC 주소가 테이블에 저장되어 있다면 목적지에만 데이터가 송신된다.

 

 

스위치 : ㅇㅇ 구별해서 보낼게

 

데이터 링크 계층의 프로토콜도 이더넷으로 정해져 있고, 프레임도 만들었고, MAC 주소도 설정해놨으니 다음 계층인 물리 계층으로 데이터를 보내고 이것이 스위치에 연결된 랜선을 통해 다른 컴퓨터로 송신되면 될 것이다. 그런데 랜선에서 데이터가 흐를 때 양이  너무 많아서 충돌하는 경우가 생기면 어떡할까? 컴퓨터 1과 컴퓨터 2과 서로에게 100테라짜리 데이터를 동시에 보내야 한다면? 

 

 

전이중 통신 방식

데이터의 송신과 수신이 동시에 진행되는 방식이다. 두 컴퓨터 사이를 크로스 랜 케이블로 직접 연결하거나, 스위치를 이용하는 것이 전이중 통신 방식이다. 허브의 경우 회선 하나를 송신과 수신이 번갈아가며 사용하는 반이중 통신 방식을 사용하므로 데이터가 충돌할 수 있다. 결론은, 이제 허브 안 쓴다. 

 

충돌 도메인

데이터 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위이다. 허브는 연결되어 있는 모든 컴퓨터가 하나의 충돌 도메인이 되지만, 스위치는 충돌이 발생하지 않을 뿐더러 충돌 도메인도 해당 기기로 한정된다. 

 

 

 

* 앞서 이더넷은 유선 방식의 프로토콜이며, 랜 선을 통해 여러 컴퓨터 간에 데이터를 주고 받을 수 있다고 했다. 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류된다. 최근에는 1000BASE-T가 많이 쓰이고 있다. 여기서 '1000'은 통신 속도(1000Mbps), 'BASE'는 전송 방식(BASEMENT), 'T'는 케이블 종류(트위스트 페어 케이블, UTP)를 뜻한다.  

* 초기의 이더넷은 동축 케이블을 사용했고, 케이블 하나를 공유하여 네트워크를 구성했기에 데이터 충돌 위험이 있어 CSMA/CD 방식으로 운용되었다. 이후 RJ-45 커넥터가 달린 트위스트 페어 케이블(UTP)를 사용하게 되었다.
* 이와 함께 네트워크 구성도 모든 케이블이 집중되는 허브로 바뀌었고, 나아가 MAC 주소 필터링이 가능한 스위치로 바뀌게 되었다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

모두의 네트워크 | 미즈구치 카츠야 - 교보문고

* 이 게시물은 책 <모두의 네트워크>(미즈구치 카츠야)의 내용을 개인 공부 목적으로 정리한 것입니다.