[모두의 네트워크] 04장. 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

데이터 링크 계층

OSI 7계층 중 2계층으로써 네트워크 기기 간에 데이터를 전송하고 물리주소를 결정하는 계층. 랜에서 데이터를 주고 받으려면 데이터 링크 계층의 기술이 필요. 네트워크 장비 간에 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층. 즉, 랜에서 데이터를 정상적으로 주고 받기 위해 규칙을 정하고, 보통 규칙으로 이더넷(Ethernet) 사용.

 

이더넷 (Ethernet)

컴퓨터 네트워크 기술 중 하나로 일반적으로 사용되는 랜에서 가장 많이 활용되는 기술 규격. 랜에서 적용되는 데이터 링크 규칙으로써 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고 받을 때 사용. 허브의 문제점이었던 모든 컴퓨터가 데이터를 받는 현상을 데이터에 목적지 정보를 추가하는 규칙으로 극복. 또한 여러 대가 동시에 데이터를 보낼때 충돌 하는 경우에 대비하여 이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조를 가짐. 데이터를 보내는 시점을 조정하는데 이를 CSMA/CD라고 함.

 

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)

반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지의 약어로써 이더넷에서 데이터가 동시에 보내질때 충돌을 방지하기 위해 시점을 낮추는 기술. CS는 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인하는 규칙. MA는 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다고 하는 규칙. CD는 충돌이 발생하고 있는 지를 확인하는 규칙. 다만 효율이 좋지 않아 잘사용하지 않고 스위치로 대체.

 

MAC 주소의 구조

MAC 주소 (Media Access Control Address)

랜에 사용되는 네트워크 모델인 이더넷의 물리적인 주소로 컴퓨터 네트워크에서 각각의 기기를 구분하기 위해 사용하는 주소. 각 랜카드마다 MAC 주소가 존재하며 전세계에서 유일한 번호로 할당 되어 있는 물리주소. 이더넷 헤더와 트레일러를 사용. 이더넷 헤더는 목적지 MAC 주소(6바이트), 출발지 MAC 주소(6바이트), 유형(2바이트, 프로토콜 종류 식별번호)으로 구성. 트레일러는 FCS(Frame Check Sequence)이며 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도. 이더넷 헤더 + 데이터 + 트레일러를 프레임이라고 함.

 

프레임

이더넷 헤더 + 데이터 + 트레일러의 구조.

프레임

 

캡슐화와 역캡슐화

데이터 링크 계층에서 데이터에 이더넷 헤더, 트레일러를 추가하여 프레임을 만든 후, 물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기신호로 변환하여 네트워크를 통해 전송(캡슐화). 허브를 통해 송신에서 수신이 일어나고, 수신측에서 역캡슐화를 진행. 

 

스위치의 구조

스위치

랜을 구성할 때 사용하는 단말기 간 스위칭 기능이 있는 통신망 중계 장치. 컴퓨터에서 특정한 다른 단말기로 패킷을 보낼 수 있는 기능이 있음. 데이터 링크 계층에서 동작하고 Layer 2 스위치 또는 스위칭 허브라고 함. 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블을 포함하며 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 MAC 주소가 등록되어 있음. 초기에는 MAC 주소 테이블에 아무것도 저장되어 있지 않지만, 프레임을 송신시 출발지 MAC 주소를 학습하여 등록함. 이를 MAC 주소 학습 기능이라함. 만일 수신하는 컴퓨터의 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 존재한다면 스위치와 연결된 다른 컴퓨터에 전송되지 않고 목적지 컴퓨터에만 전송되지만, 그렇지 않다면 전부다 전송을 하게 되는데 이를 플러딩(Flooding)이라고 함.

 

데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

전이중 통신 방식 (Full-Duplex Communication)

전화 회선과 같이 송신과 수신이 양쪽에서 이루어진느 양방향 통신. 서로 다른 회선이나 주파수를 이용하여 데이터 신호가 충돌되는 상황 방지. 스위칭 허브를 사용하며 랜 카드와 허브 간의 동시 송수신이 가능. 허브를 사용하면 회선 하나로 송신과 수신을 번걸아하는 반이중 통신 방식을 사용하지만, 스위치를 사용하면 전이중 통신 방식 가능. 

 

충돌 도메인 (Collision Domain)

충돌이 발생할때 영향이 미치는 범위. 반이중 통신 방식을 사용하는 허브의 경우 접속되어 있는 모든 컴퓨터가 충돌 도메인이 됨. 전이중 통신 방식을 사용하는 스위치 경우 충돌 도메인이 좁음.

 

ARP (Address Resolution Protocol)

주소 변환 프로토콜로써 네트워크 계층 주소와 데이터 링크 계층 주소 사이의 변환을 담당하는 프로토콜. IP 주소를 물리 주소인 MAC 주소로 변환하는데 사용.

 

출처
모두의 네트워크 - 길벗 출판, 미즈구치 카츠야 저

모두의 네트워크 - 교보문고