4장 ) 데이터링크 계층

Reference : 모두의 네트워크

 

4장 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

 

※ 참고 : tcp/ip 에서 Network Access 계층과 동일한 역할을 하는데 이름은 Data Link 계층이라고 많이 부른다.

 

데이터 링크 계층

• 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층
• 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층
• 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙은 '이더넷(Ethernet)'

 

이더넷

• 허브 사용 시 보내려는 데이터에 목적지 정보를 추가해 목적지 이외의 컴퓨터는 데이터를 받더라도 무시하도록 함.
• 충돌 : 컴퓨터 여러대가 동시에 데이터를 보내 데이터들이 충돌하는 경우
• 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어있다.
  • 데이터가 동시에 케이블을 지나가지 못하도록 전송 시점을 늦추는데, 이를 CSMA/CD 라고 한다.
  • CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다.
  • MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다.
  • CD : 충돌이 발생하고 있는지를 확인한다.
  • 지금은 효율이 좋지 않아 거의 사용하지 않는다. 스위치를 사용.

 

MAC 주소

• Media Access Control Address
• 랜카드에 정해져있는 주소
• 제조할때 새겨지기 때문에 물리주소 라고도 부르며, 전세계에서 유일한 번호로 할당
• 앞쪽 24비트는 랜카드를 만든 제조사 번호, 뒤 24번호는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호.

 

 

MAC주소를 사용한 통신

• 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인다.
• 이더넷 헤더는 목적지의 MAC주소(6바이트), 출발지 MAC주소(6바이트), 유형(2바이트) 총 14바이트로 구성.
• 이더넷 유형은 이더넷을 전송되는 상위 계층 프로토콜 종류. 즉, 프로토콜 종류를 식별하는 번호가 들어간다.
• 트레일러 : FCS 라고도 하는데, 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용한다.
• 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임 이라고 한다.

 

출처 : http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=2965

 

데이터를 보내는 측에서 캡슐화가 일어난다.

데이터 링크 계층에서 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임을 만들고, 물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기신호로 변환하여 네트워크를 통해 전송한다.

허브는 모든 포트에 데이터를 전송하지만, 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC주소와 다른 컴퓨터들은 데이터를 파기한다.

목적지 컴퓨터는 전기신호로 전송된 데이터를 비트열로 변환하고 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 분리하는 역캡슐화를 한다.

 

 

 

스위치

• 데이터 링크 계층에서 동작
• 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고 부른다.
• 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 있다.

 

MAC 주소 테이블

• 스위치의 포트번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스.
• 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임이 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록한다. 이를 MAC 주소 학습 기능이라 한다.
• MAC 주소 테이블에 목적지 MAC 주소가 등록되어있지 않다면 송신 포트 외의 모든 포트에 데이터(프레임)가 전송되는데, 이를 플러딩이라 한다.
• 테이블에 목적지 MAC 주소가 등록되어 있으면 해당 목적지 컴퓨터에만 데이터 전송. 이를 MAC 주소 필터링이라 한다.

 

 

전이중 통신과 반이중 통신

• 전이중 통신 : 데이터의 송수신을 동시에 통신. 랜 케이블로 연결하면 선을 네 쌍 사용하므로 전이중 통신 방식.
• 반이중 통신 : 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신. 허브는 회선 하나로 송수신을 하므로 반이중 통신 방식. (스위치는 충돌이 일어나지 않으므로 전이중통신)

 

충돌 도메인

• 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위.
• 허브는 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 된다.
• 스위치는 전이중 통신 방식이기 때문에 충돌이 일어나지 않고 충돌 도메인의 범위도 좁다.
• 네트워크를 지연시키지 않기 위해서라도 충돌 도메인의 범위를 좁히는 것이 매우 중요하다.

 

 

ARP : 목적지 컴퓨터의 IP주소를 이용해 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜. 목적지 주소를 모르는 경우 MAC 주소를 알아내기 위해 네트워크에 브로드캐스트를 하는데 이것을 ARP 요청이라고 한다.

MAC 주소와 IP 주소의 매핑 정보를 메모리에 보관한 것을 ARP 테이블이라 하며, 보존 기간을 ARP 캐시로 지정하고 일정 시간이 지나면 삭제 후 다시 ARP 요청을 한다.

 

 

이더넷 종류와 특징

• 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류된다.
• 10BASE-T  의 경우 : 10Mbps의 통신속도, BASEBAND라는 전송 방식, T는 케이블 종류를 나타낸다.
• 동축케이블은 케이블의 최대 길이를 숫자로 표기, UTP 케이블은 케이블 종류를 표시.
• 최근의 랜 포트는 1000BASE-T가 일반적이다.