스텐다드 241211

학습

1,2계층은 이더넷(유선) 표준을 따름

 

와이파이 표준도 있음

 

유선랜

케이블 등 통신매체 필요(연결)

통신을 위한 프로토콜( 주고받는 방법 정의) 필요

 

이더넷은 그 규격을 정의한 기술이다.

국제적으로 동일한 표준.

 

캐이블 등 통신매체 필요(연결) - 이더넷 규격에 맞아야 함

데이터 타입도 이더넷 표준을 따름

=> 통신 네트워크 장비들이 이더넷 규칙을 따르기에 다른 제조사, 국가 상관없이 데이터 송수신이 가능합니다.

 

 

아래는 복잡하고 굳이 이해할 필요는 없고 그냥 읽어보기만 해라

 

 

이더넷 프레임 헤더는 기본적으로 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이로 구성됩니다. 페이로드는 데이터, 트레일러는 FCS로 구성됩니다.

 

 

프리앰블은 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트 크기의 정보입니다.

프리앰블은 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보입니다.

 

 

MAC주소가 제일 중요

 

MAC 주소는 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트 길이의 고유한 주소로 LAN 내의 수신지와 송신지를 특정할 수 있습니다.

 

랜 케이블 꽂는 데가 NIC(Network Interface Controller) 장치.

한 컴퓨터에 NIC가 여러 개 있다면 MAC 주소도 여러 개 있을 수 있습니다.

일반적으로 고유한 주소다, 일반적으로 변경되지 않는다라고 이야기한 이유는 MAC 주소와 관련한 대표적인 오해가 MAC 주소는 반드시 고유하고 변경이 불가능하다는 것입니다.

사실 MAC 주소의 변경이 가능한 경우도 많으며, 고유하지 않을 수도 있습니다.

 

FCS

FCS(Fram Check Sequence)는 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드입니다.

 

NIC

NIC(Network Interface Controller)는 호스트와 통신 매체를 연결하고, MAC 주소가 부여되는 네트워크 장비입니다.

케이블은 NIC에 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체입니다.

호스트가 이를 제대로 이해하려면 통신 매체를 통해 전달되는 신호와 컴퓨터가 이해할 수 있는 정보 간에 변환이 이루어져야 합니다.

이때 호스트와 유무선 통신 매체를 연결하고 이러한 변환을 담당하는 네트워크 장비가 NIC입니다.

요즘 대부분의 컴퓨터는 추가 장비를 연결하지 않고도 네트워크에 연결이 가능하도록 되어 있는데요.

높은 확률로 마더보드에 내장된 NIC를 사용 중일 것입니다.(무선 네트워크.. 와이파이 사용)

 

MAC 주소는 네트워크 인터페이스마다 할당됩니다. NIC는 MAC 주소를 통해 자기 주소는 물론, 수신되는 프레임의 수신지 주소를 인식합니다.

 

 

 

허브

물리 계층에는 주소 개념이 없다는 것입니다.

송수신지를 특정할 수 있는 주소는 데이터 링크 계층부터 존재하는 개념입니다.

물리 계층의 허브는 여러 대의 호스트를 연결하는 장치입니다.

요즘은 허브 잘 안씁니다. 허브는 반이중 통신을 지원-> 효율낮음

 

1. 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 다시 내보냅니다.

허브는 물리 계층에 속하는 장비이고, 물리 계층에는 주소 개념이 없기에 허브는 수신지를 특정할 수 없습니다.

따라서 신호를 전달받으면 어떠한 조작이나 판단을 하지 않고 송신지를 제외한 모든 포트에 그저 내보내기만 합니다.

허브를 통해 이 신호를 전달받은 모든 호스트는 데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소를 확인하고 자신과 관련 없는 주소는 폐기합니다.

 

2. 반이중 모드로 통신합니다.

반이중 모드(Half Duplex)는 마치 1차선 도로처럼 송수신을 번갈아 가면서 하는 통신 방식입니다.

즉, 동시에 송수신이 불가능하다는 의미입니다.

무전기, 1차선도로 번갈아가며 송신

 

반대로 전이중 모드(Full Deplex)는 송수신을 동시에 양방향으로 할 수 있는 통신 방식입니다.

허브는 반이중 통신을 지원합니다.

만일 동시에 허브에 신호를 송신하면 충돌(Collision)이 발생합니다. 허브에 호스트가 많이 연결되어 있을수록 충돌 발생 가능성이 높습니다.

충돌이 발생할 수 있는 영역을 콜리전 도메인이라고 합니다.

허브에 연결된 모든 호스트는 같은 콜리전 도메인에 속합니다.

콜리전 도메인은 작으면 작을수록 충돌이 발생할 가능성이 줄어듭니다.

허브의 넓은 콜리전 도메인으로 인한 충돌 문제를 해결하려면 CSMA/CD 프로토콜을 사용하거나 스위치 장비를 사용해야 합니다.

 

 

CSMA/CD

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)는 반이중 이더넷 네트워크에서 충돌을 방지하는 대표적인 프로토콜입니다.

CS는 캐리어 감지를 의미합니다. CSMA/CD 프로토콜을 사용하는 반이중 이더넷 네트워크에서는 메시지를 보내기 전에 현재 네트워크 상에서 전송 중인 것이 있는지를 먼저 확인합니다.

현재 통신 매체의 사용 가능 여부를 검사하는 것입니다.

CD는 충돌 검출을 의미합니다. 충돌을 감지하면 전송이 중단되고, 충돌을 검출한 호스트는 다른 이들에게 충돌이 발생했음을 알리고자 잼신호라는 특별한 신호를 보냅니다.

그리고 임의의 시간을 기다린 뒤에 다시 전송합니다.

 

비효율적

 

그래서 스위치 등장!

전달받은 신호를 수신지 호스트가 연결된 포트로만 내보내고, 전이중 모드로 통신하면 됩니다.

그러면 포트별로 콜리전 도메인이 나누어지기에 충돌 위험이 감소합니다.

스위치가 전달받은 신호를 원하는 포트로만 내보낼 수 있는 것은 스위치가 MAC 주소를 학습할 수 있기 때문입니다.

 

VLAN

스위치의 또 다른 중요한 기능으로 VLAN(Virtual LAN)이 있습니다. <- 논리적 연결. 이건 물리적 아님

 

 

MAC 주소 테이블

스위치의 가장 중요한 특징은 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소와의 관계를 기억한다는 점입니다.

이를 통해 원하는 호스트에만 프레임을 전달할 수 있습니다. 스위치의 이러한 기능을 MAC 주소 학습이라고 합니다.

스위치 기기에서 기억하고 있습니다.

가장 최초에는 스위치가 호스트의 MAC 주소와 연결된 포트의 관계를 알지 못합니다.

스위치의 MAC 주소 학습은 프레임 내 송신지 MAC 주소 필드를 바탕으로 이루어집니다.

스위치가 처음 호스트 A에서 프레임을 수신하면,

프레임 내 송신지 MAC 주소 정보를 바탕으로 호스트 A의 MAC 주소와 연결된 포트를 MAC 주소 테이블에 저장합니다.

하지만 여전히 수신지 다른 호스트가 어느 포트에 연결되어 있는지는 알지 못합니다.

이 상황에서 스위치는 마치 허브처럼 송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송합니다.

이러한 스위치의 동작을 플러딩(Flooding)이라 합니다. 그렇게 호스트 B, C, D는 프레임을 전달받습니다.

그 중에서 호스트 B와 D는 자신과 관련이 없는 프레임을 전송받은 셈이므로 이를 폐기합니다.

 

전달받은 프레임을 어디로 내보내고 어디로 내보내지 않을지 결정하는 스위치의 기능을 필터링(Filtering)이라고 합니다.

그리고 프레임이 전송될 포트에 실제로 프레임을 내보내는 것을 포워딩(Forwarding)이라고 합니다.

만약 MAC 주소 테이블에 등록된 특정 포트에서 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못했다면 해당 항목은 삭제됩니다. 이를 에이징(Aging)이라 합니다.

 

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숙제

네트워크계층

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※ 요약

1. 이더넷: 유선 네트워크 통신 규격. 국제 표준으로 데이터 송수신 가능.
2. MAC 주소: 각 네트워크 인터페이스에 고유하게 부여된 6바이트 길이의 주소. 데이터 링크 계층에서 송수신지 식별.
3. NIC(Network Interface Controller): 네트워크와 호스트 간 신호 변환 장치. MAC 주소 부여.
4. 허브: 물리 계층 장비. 반이중 통신 지원. 콜리전(충돌) 발생 가능.
5. 스위치: 데이터 링크 계층 장비. 전이중 통신 지원. 콜리전 방지 및 효율적 프레임 전달 가능.
6. CSMA/CD: 반이중 환경에서 충돌 검출 및 처리 프로토콜.
7. VLAN: 스위치의 논리적 네트워크 분할 기능.
8. MAC 주소 테이블: 스위치가 각 포트와 MAC 주소 간 관계를 학습하고 관리하여 효율적 데이터 전달.

※ 기억할 것

• 이더넷의 역할: 유선 네트워크 통신 규격으로 호환성을 보장.
• MAC 주소: 네트워크 데이터 송수신의 핵심. 특정 송수신지 식별.
• 스위치: 전이중 통신 및 MAC 주소 학습 기능으로 충돌 감소와 효율적인 네트워크 구성 가능.
• NIC: 물리적 연결과 데이터 변환 담당. 네트워크 통신의 기본 장치.

※Tip

• MAC 주소는 고유하지 않을 수도 있음: 변경 가능 사례 존재.
• 허브 사용의 비효율성: 충돌 문제와 반이중 통신으로 인해 현대 네트워크에서 거의 사용되지 않음.
• CSMA/CD의 한계: 충돌 발생 시 비효율적 복구 방식.
• 스위치의 플러딩: 초기 MAC 주소 테이블 학습 단계에서 모든 포트로 신호 전송.
• MAC 주소 테이블 에이징: 일정 시간 동안 활동이 없으면 데이터가 삭제됨.