컴퓨터 네트워크 10 : 데이터 링크 계층과 이더넷 프로토콜

컴퓨터 네트워크 10 : 데이터 링크 계층과 이더넷 프로토콜

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데이터 링크층

랜에서 데이터를 어떤 형태로 받아서 보내야할지를 결정하는 구간

네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙(프로토콜)에 대해 정해놓는 계층. -> 가장 많이 사용되는 규칙이 바로 이더넷

 

네트워크 장비들

1. 허브

• 데이터를 주고 받는 컴퓨터 외에도 허브에 연결된 다른 모든 컴퓨터에게 데이터를 전송함.
• 목적지 MAC주소와 자신의 호스트 MAC주소와 다를 경우 데이터를 파기하고 같을 경우 데이터 수신함.
• 따라서 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 보낼 때 충돌 현상이 나타날 수 있음.
• 이렇게 회선 하나로 송수신을 번갈아가며 하는 방식을 반이중 통신이라고 함.

 

이를 해결하기 위해 데이터가 동시에 케이블을 지나가지 않도록 데이터 보내는 시점을 늦추는 CSMA/CD 방법을 사용한다.

그러나 효율이 떨어지는 이유로 지금은 거의 사용하지 않는 방식.

 

2. 스위치

• 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불린다.
• 해당 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있다. 스위치의 포트번호와 해당 포트에 연결된 컴퓨터의  MAC 주소가 등록되어 있는 데이터 베이스이다.

 

MAC 주소 학습 기능

컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임 데이터가 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고 주소가 등록되어 있지 않은 경우 주소를 포트 번호와 함께 등록한다.

 

MAC 주소 필터링 기능

만약 MAC 주소가 테이블에 등록 안되어 있으면 수신 포트 이외의 모든 포트에 프레임 데이터가 전송되는데, 이러한 전송을 플러딩(flooding)이라고 한다. 만약 MAC 주소가 테이블에 등록되어 있을 시에는 해당 컴퓨터에게만 데이터가 전송된다. 이와 같이 MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 방식을 필터링이라고 한다.

 

이러한 필터링 기능을 활용함으로써 송수신에 충돌이 발생하지 않게 되고 동시에 데이터를 전송할 수 있게 된다.

이를 전이중 통신 방식이라고 한다.

 

허브에 비해 충돌 문제로 인한 네트워크 지연 문제가 없고, 전송과 수신이 동시에 가능하다는 점에서 최근에는 스위치 네트워크 방식을 사용하는 것이 표준이 되었다.

 

* 충돌 도메인 : 충돌 발생시 그 영향이 미치는 범위를 말한다.

허브는 연결된 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 된다. 충돌 영향이 모든 컴퓨터에 미친다.

그러나 스위치는 전이중 방식으로 인해 나눠져 있으므로 충돌 도메인 범위가 허브에 비해 한정되어 있다.

충돌 도메인의 범위가 더 좁을수록 네트워크 지연이 방지되기 때문에 스위치의 통신 효율이 더 좋은 것이다.

 

 

스위치와 라우터와의 차이

스위치는 거대한 ARP 테이블을 갖게 될 수 있으며, 브로드캐스트의 트래픽 폭주에 대한 방안을 제공하지 않는다.

예를들어 한 호스트에 문제가 생겨 끊임없이 이더넷 브로드캐스트 프레임을 전송한다면, 스위치는 이들 프레임 모두를 여러 곳에 전달하다가 네트워크가 막힐 수 있는 문제가 있다.

 

라우터는 IP 순환을 제한할 수 있는 특수 데이터 그램 헤더 필드를 사용함으로써 출발지와 목적지 간의 최상의 경로를 사용할 수 있다.

 

수백 개 규모의 호스트로 구성된 소규모 네트워크에서는 랜 세그먼트를 몇 개만 가진다. 이 경우, 트래픽이 지역적으로 제한되어 있다. 따라서 IP 주소의 구성을 요구하지 않으면서도 총 처리율을 증가시킬 수 있는 스위치로도 충분하다.

 

그러나 수천 개 규모의 호스트로 이루어진 네트워크에서는 라우터가 필요하다. 트래픽 격리를 확실히 하며, 호스트 간에 더 좋은 경로를 제공할 수 있기 때문이다.

 

 

이더넷

MAC 주소

랜 카드에 부여하는 번호. 물리주소라고도 함.

48비트의 숫자로 구성됨. 앞에 24비트는 제조사 번호, 뒤쪽 24비트는 랜 카드 자체의 일련번호.

ex) 01-23-45-A2-B3-CD

 

이더넷

데이터 링크 계층에서 사용하는 프로토콜로써 CSMA/CD 방식을 사용해 여러 개의 컴퓨터가 공유 매체를 사용할 수 있게 해줌.

스위치에서 MAC주소를 이용해 데이터를 필요로 하는 컴퓨터에게만 전달할 수 있도록 해줌.

 

OSI 모델의 데이터 링크 계층과 TCP/IP 모델의 네트워크 계층에서는 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 형태의 데이터를 전송하는 역할을 한다. 이러한 형태를 프레임이라고 한다.

 

이더넷 헤더의 구조

 

목적지 MAC주소(6바이트) + 출발지 MAC주소(6바이트) + 유형(2바이트) => 총 14바이트

유형은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타낸다.

 

트레일러는 FCS(Frame Check Sequence)로, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도이다.