데이터 링크 계층 - 이더넷(Ethernet)과 역할 (네트워크 7계층, OSI모델)

안녕하세요! 오늘은 네트워크 7 계층 중에 중요한 계층이라고 할 수 있는 데이터 링크 계층에 대해서 설명해보고 공부한 내용을 정리해보려고 합니다. 가볍지만 얻어가는 게 있으실 수 있도록 작성해 보겠습니다!

 

데이터 링크 계층

데이터 링크 계층은 네트워크 7계층 중에 물리 계층을 가기 바로 직전의 계층으로써 랜(LAN)에서 데이터를 어떤 형태로 받고 보내야 할지 결정하는 구간입니다. 주요 프로토콜에는 이더넷(Ethernet), RPC, WinSock 같은 것이 있습니다. 좀 더 기능적으로 설명하자면 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙에 대해서 정해놓는 계층이랍니다.

 

 

허브 VS 스위치

프로토콜을 설명하기 이전에 네트워크 장비간에 비교를 통하여 데이터 링크 계층의 프로토콜이 어떤 쓰임이 있는지 알아보려 합니다.

허브와 스위치는 둘다 좁은 네트워크 구역에서 데이터를 전달하게 해주는 네트워크 장비랍니다. 하지만 오늘날 허브는 거의 사용하지 않고 스위치만 거의 사용하고 있는 추세랍니다. 과연 어떤 차이점을 가지고 있길래 이럴까요?

허브 : 이전 물리계층에서도 설명했었죠? 부가적 설명을 하자면 10개의 컴퓨터가 연결되어 있을 때 한 개의 컴퓨터에서 다른 컴퓨터 하나로 데이터를 전송하고자 하고 다른 컴퓨터도 데이터를 전송하고자 할 때 데이터 전송에 Collision이 발생하게 되는데 이를 처리하기 위해서 이더넷 프로토콜은 CSMA/CD를 사용해서 이를 해결합니다. (CS는 송신 컴퓨터에 케이블 신호가 흐르는지 여부 판단, MA는 케이블에 데이터를 전송해도 괜찮다는 판단, CD는 Collsion 판단)

☆반이중 통신 방식 사용 - 회선 하나로 송수신을 하기 때문에 데이터의 충돌이 발생한다. 

 

스위치 : 데이터 링크 계층에서 동작하는 네트워크 장비입니다. 스위치는 MAC Address Table을 가지고 있습니다. 일종의 데이터 베이스 역할을 하는 것이죠. MAC주소에 대해서 밑에서 좀 더 자세하게 설명하겠습니다. MAC Address Table에는 각각의 포트번호와 연결된 컴퓨터의  MAC Address를 같이 가지고 있습니다. 만일 등록이 안되어 있는 주소에 데이터를 보내려고 하면 플러딩이 발생합니다. 등록이 되어 있는 MAC 주소가 있다면 그곳에만 데이터를 전송할 수 있는 기능을 합니다. 이렇게 MAC 주소를 선택하는 작업을 MAC 주소 필터링이라고도 합니다. 

☆전이중 통신 방식 사용 - 송수신이 서로 크로스 형태처럼 되어있기 때문에 충돌이 발생하지 않는다.

 

 

MAC 주소(MAC Address)와 이더넷(Ethernet)

MAC 주소란 지난 물리 계층에서 이야기 했었던 랜 카드에 부여하는 번호로써 제조사 번호와 독립적인 일련번호가 쓰여있으며 전 세계에 각자 유일하며 물리 주소라고도 이야기한다.

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

각각 4bit씩 16진수로 표현한 것이며 0~5까지는 랜카드 제조한 제조사 번호와 A~D까지는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호이다. 각각 24bit씩 총 48bit이다.

 

이더넷은 데이터 링크 계층에서 사용하는 프로토콜로써 CSMA/CD 방식을 사용하여 여러 개의 컴퓨터가 공유 매체를 사용할 수 있게 해 주며, 스위치에서 MAC 주소를 이용해서 데이터를 필요로 하는 컴퓨터에게만 전달할 수 있도록 해준다.

[ 종류 ]

• 10BASE-T : 초당 10메가비트를 지원하는 이더넷으로, 카테고리 3, 혹은 카테고리 5에 해당하는 UTP 케이블 4가닥을 이용해 통신한다. 배선 방식은 많은 수의 단자를 갖고 있는 허브나 스위치를 이용해 별 모양으로 이뤄져 있다.
• 100BASE-TX : 초당 100메가비트를 지원하는 이더넷, 카테고리 5의 UTP 케이블 네 가닥을 이용해 통신한다. 10BASE-T와 같은 방법으로 배선한다.
• 100BASE-FX  : 광케이블을 이용해 초당 100메가비트를 구현하는 이더넷.
• 1000BASE-T : 초당 1기가 비트를 지원하며 카테고리 5e나 6의 UTP 케이블을 이용한다.
• 1000BASE-SX : 멀티모드 광케이블을 이용해 550미터까지의 거리에서 초당 1기가 비트를 전송한다.
• 1000BASE-LX : 멀티모드 광케이블로는 550미터, 싱글모드 광케이블로는 10킬로미터까지 지원한다.

(위키백과 - 이더넷 종류)

여기서 앞에 10,100 같은 숫자는 통신 속도를 나타내며 각각 10Mbps, 100Mbps 이다. BASE는 BASEBAND 전송 방식이고 T,TX는 케이블의 종류이다. 케이블은 UTP케이블, 동축케이블 등이 있다.

 

데이터 링크 계층은 이더넷 헤더와 트레일러를 붙인 프레임이라는 데이터를 만든다.★

이더넷 헤더는 목적지의 MAC 주소 (48bit, 즉, 6byte)와 출발지 MAC 주소(48bit, 즉, 6byte)와 유형(2byte)을 가지고 있으며 이전 계층에서의 틀에 붙여서 나타냅니다. 

  [ 유형 ] 

트레일러에는 FCS라고도 합니다. FCS는 데이터 전송 도중에 오류가 발생했는지 체크하는 용도로 사용합니다.

이렇게 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 바로 프레임이라고 합니다.

이렇게 캡슐화가 마무리된 데이터가 물리 계층에서 전기 신호를 바꾸어서 전송을 하는 것이랍니다.

 

오늘은 네트워크 7계층중에 데이터 링크 계층에 대해서 공부한 내용을 정리해 보았는데요 랜카드번호를 가지고 따진다는 점이 신기했네요. 그렇다면 이런 랜카드 정보는 누가 가지고 있을까 궁금하네요. 뭐... 서버에 대용량 데이터 베이스에 담겨있겠죠?ㅋㅋㅋ 해킹이 안되게 조심해야겠네요. 다음 시간에는 제가 가장 좋아하는 IP! 를 다루는 네트워크 계층에 대해서 공부하고 정리해 보겠습니다. 감사합니다.