데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

이번에는 OSI 모델의 2계층인 데이터 링크 계층에 대해 알아보고자한다.

 

이더넷이란?

이전에 OSI 모델에 대해 설명했는데 랜에서 데이터를 주고받으려면 두 번째 계층인 데이터 링크 계층의 기술이 필요하다했다. 

데이터 링크 계층은 네트워크 장비간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층으로,

랜에서 정상적인 데이터를 주고받기위해 가장 많이 사용되는 규칙은 이더넷이 있다.

 

바로 전 포스트에서 우리는 허브를 통해 데이터를 전달하면 모든 포트에 데이터가 전달되는 불상사가 일어난다고 했는데

이걸 효율적으로 해결하는 것이 스위치라고 이 포스트에 설명하겠다고 했다.

사실 허브로도 원하는 곳에만 데이터를 보낼 수 있다.

그러나 동시에 데이터를 보내게되면 서로 충돌이 일어날텐데? 라고 할 수있는데 바로 이더넷이 데이터를 보내는 시점을 늦춰 충돌을 예방하게한다.

 

바로 이 이더넷에서 시점을 늦추는 방법을 CSMA / CD 라고한다. 

CS는 데이터를 보내려고하는 컴퓨터가 케이블 신호에 흐르고 있는지를 확인 
MA는 케이블에 데이터가 흐록 있지 않다면 데이터를 보낸다는 규칙

CD 는 충돌이 발생하고 있는지 확인하는 규칙이다. 

 

그러나 이러한 방법도 효율이 좋지 않아 거의 사용하지 않는다. 그럼 무얼쓰나? 

스위치를 쓴다. 그럼 바로 스위치에 대해 알아보나? 

 

아니다 ㅋ 

랜 카드를 제조할 때 정해지는 물리적 주소 MAC주소에 대해 알아보자

MAC 주소란?  

랜카드에는 비트열을 전기 신호로 변환한다고 했다 . 이러한 랜카등는 MAC주소라 하여 전 세계에서 유일한 번호로 할당 되어 있다. 

00-23- AE- D9 - 7A - 9A 

앞에 24비트, 뒤에 24비트 모두 정해진 규칙이 있어 중복되지 않는다.

그럼 MAC 주소는 어디에 쓰일까? 

바로 이전에  설명한 TCP/ IP 모델의 네트워크 계층에서 사용한다. 

이더넷 헤더와 트레일러를 붙일 때 해당 헤더에는

목적지의 MAC주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트) 이렇게 총 14 바이트로 구성되어 있다. 

유형은 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타내며 식별하는 16진수 번호를 통해 IPv4인지 ARP인지 RARP인지 구분하게 된다.

그리고 아까 헤더 이외에 트레일러에는 FCS라고 해서 데이터 전송 도중 오류가 발생했는지 확인하는 용도로 사용한다. 이처럼 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임이라고 한다.  

 

이러한 프레임을 사용하여 아까전에 허브에서도 원하는 컴퓨터로만 데이터를 전송할 수 있다 한 것이

허브에서 포트로 전송할 때 목적지 MAC주소와 자신의 MAC 주소가 다르면 데이터를 파기하는 방법을 통해 

원하는 허브연결 컴퓨터에 데이터를 전송이 가능하게 된다. 

 

스위치란?

이제 허브는 충분히 본 것 같다 MAC 주소도 공부했다

그럼 다음으로 허브와 다르게 효율적으로 작동하는 스위치에 대해 알아보고자 한다.

 

스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치, 스위칭 허브라고도 불린다. (허브랑 비슷허게 생겨서.)

스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이라는 것이 있어서 포트 번호와 해당 포트에 연결되어있는 컴퓨터  MAC 주소가 등록되어 있다. 

여기서, 스위치의 전원을 켠 상태에서는 아직 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록되어 있지 않지만  MAC주소가 추가된 프레임 데이터가 전송되면 MAC주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC주소가 등록 되어 있지 않으면 MAC 포트와 함꼐 등록하는 MAC 주소 학습기능이 있다. (진짜 똑똑하다) 

 

예시를 들어보자. 컴퓨터 1 에서 컴퓨터 3에 데이터를 전송한 시점에서, 스위치의 MAC 주소테이블에 컴퓨터 3의 MAC주소가 없다. 

그렇게 되면 컴퓨터 1외에 모든 컴퓨터에 컴퓨터 3에 보내려 했던 데이터를 다 전송하게된다(플러딩이라한다)

그러나 만약 컴퓨터 1에서 컴퓨터 3에 데이터를 전송한 시점에서, 스위치의 MAC 주소 테이블에 컴퓨터 3의 MAC주소가 있다면? 

컴퓨터 3에 컴퓨터1의 데이터가 잘 전달된다. 

이렇게 MAC 주소를 기반으로 목적지를 선택하는 것을 바로 MAC 주소 필터링이라한다.

 

케이블에 데이터가 아무리 많이 전송되어도 데이터가 충돌하지 않는 구조에 대해 설명해 보겠다.

전이중 통신?   반이중 통신?

전이중 통신 방식은 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 방식이고

반이중 통신 방식은 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아 가면서 하는 통신 방식이다.

 

전이중 통신 방식은 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 방생하지 않지만, 

반이중 통신 방식은 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생한다... 이런 특징을 생각하면 전이중 통신 방식을 사용하는것이 좋다. 

예시로

컴퓨터 1과 2의 연결을 크로스 케이블을 통해 전이중 통신 방식을 구현하면 데이터를 동시에 전송해도 문제가 없지만

허브와 같이 컴퓨터 1과 2를 하나의  회선에 데이터를 동시에하게 될 경우에 충돌이 일어난다. 

 

여기서+ 

허브는 반이중 통신 방법으로 하지만 스위치는 전이중 통신방법을 통해 데이터를 주고 받아 충돌이 일어나지 않는다. 

(역시 스위치,,,,, 최근에는 네트워크로 스위치를 사용하는 것이 표준이란다)

 

충돌도메인이란?

허브는 반이중 통신 방법으로 동시에 데이터를 송수신하면 충돌한다고 했다. 그런 충돌이 일어날 수 있는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.

허브의 경우 충돌의 영향이 모든 컴퓨터에 미치지만( 접속되어있는 모든 컴퓨터가 데이터 통신선이 하나로 연결되어서 )

스위치의 경우 동시에 송수신할 수 잇는 전이중 통신 방식이기 때문에,

자신의 범위만 충돌도메인이며 접속되어 있는 모든 컴퓨터에 영향을 미치지 않는 장점이 있다. 

 

이더넷의 종류와 규격이름의 뜻 

이더넷의 여러 종류에 대해 알아보자 

10BASE - T를 대표로 설명해보자면 

10은 통신 속도로 10Mbps라는 뜻이며

BASE는 BASEBAND라는 전송 방식이며

T는 케이블 종류를 나타낸다. 

 

 

 

요약)

이더넷은 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위한 규칙이다.

이더넷은 데이터 충돌을 막기 위한 규칙으로 CSMA / CD 규칙을 사용한다. 

MAC 주소는 48비트 숫자로 구성되어 있으며 앞쪽 24비트는 랜카드를 만든 제조사 번호, 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호다.

이더넷 헤더는 목적지 MAC주소,출발지 MAC주소,유형으로 총 14바이트로 구성되낟.

데이터 링크 계층에서 데이터 뒤에 추가하는 것을 트레일러라고한다. 

스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치, 스위칭 허브라고도 불린다

스위치에는  MAC 주소 테이블이 있다.

 MAC 주소 테이블은 연결된 컴퓨터의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어있는 컴퓨터  MAC 주소가 등록되어 있다. 

스위치 수신 포트 외에 모든 포트에서 데이터를 송신하는 것을 플러딩이라고한다. 

MAC 주소를 기반으로 목적지를 선택하는 것을 바로 MAC 주소 필터링이라한다

전이중 통신 방식이란 데이터의 송신과 수신을 동시에 수행하는 통신 방식이다.

반이중 통신 방식이란 회선 한개로 송신과 수신을 번갈아가며 수행하는 통신 방식이다. 

데이터 충돌이 발생하고 그 충돌 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인이라고 한다.

 

 

참고도서 ) https://books.google.co.kr/books/about/%EB%AA%A8%EB%91%90%EC%9D%98_%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC.html?id=3gtlDwAAQBAJ&printsec=frontcover&source=kp_read_button&hl=ko&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

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