[혼공네트] Chapter 02. 물리 계층과 데이터 링크 계층

저번주 1주차 내용

[혼공네트] Chapter 01. 컴퓨터 네트워크 시작하기

스터디 커리큘럼

학습 목표

• 이더넷과 이더넷 프레임을 학습한다.
• 케이블과 NIC를 학습한다.
• 물리 계층의 허브와 데이터 링크 계층의 스위치를 학습한다.

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내용 정리

물리 계층과 데이터 링크 계층은 이더넷이라는 공통된 기술이 사용되면서 밀접하게 연관되어 있습니다.

이더넷이란 유선 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술이며, 다양한 통신 매체들의 규격이나 송수신되는 프레임의 형태, 방법 등이 정의된 네트워크 기술입니다.

물리 계층

- 물리 계층에서는 주소 개념이 없음, 데이터 링크 계층부터 존재하는 개념

- 물리 계층에서는 단지 호스트와 통신 매체 간의 연결과 통신 매체상의 송수신이 이루어짐

- 물리 계층의 네트워크 장비는 송수신되는 정보에 대한 어떠한 조작(송수신 내용 변경)이나 판단을 하지 않음

 

케이블

- 케이블은 NIC에 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체

- 트위스티드 페어 케이블 : 구리 선으로 전기 신호를 주고받는 통신 매체

- 광섬유 케이블 : 빛(광신호)을 이용해 정보를 주고받는 케이블

 

허브

- 전달 받은 신호를 어떠한 조작이나 판단을 하지않고, 송신지를 제외한 모든 포트로 그대로 다시 보냄

- 허브를 통해 신호를 전달받은 모든 호스트는 데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소를 확인하고 자신과 관련 없는 주소를 폐기함

- 한 번에 한 방향으로만 전송할 수 있는 통신 방식인 반이중 모드로 통신함 ex) 무전기

- 반이중 통신을 지원하기 때문에 동시에 허브에 신호를 송신하면 충돌(콜리전)이 발생함

- 허브에 호스트가 많이 연결되어 있을수록 충돌 발생 가능성이 높으며, 이 영역을 콜리전 도메인이라고함

- 충돌 문제를 해결하기 위해 CSMA/CD 프로토콜을 사용함

 

리피터

- 전기 신호가 감소하거나 왜곡되는 것을 방지하기 위해 전기 신호를 증폭시켜 주는 장비

 

 

데이터 링크 계층

- 데이터 링크계층에는 주소 개념이 있음, MAC 주소가 여기에 속함

- 데이터 링크 계층의 장비나 그 이상 계층의 장비들은 송수신지를 특정할 수 있고, 주소를 바탕으로 송수신 되는 정보에 대한 조작과 판단을 할 수 있음

 

 

NIC(Network Interface Controller)

- 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, LAN 카드, 네트워크 카드, 이더넷 카드 등 다양한 명칭으로 불림

- 호스트와 통신 매체를 연결하고, MAC 주소가 부여되는 네트워크 장비

- 통신 매체에 흐르는 신호를 호스트가 이해하는 프레임으로 변환하거나 반대로 호스트가 이해하는 프레임을 통신 매체에 흐르는 신호로 변환하는 역할

- 네트워크 인터페이스 역할을 수행

출처 : 위키백과

 

 

스위치

- 데이터 링크 계층의 네트워크 장비, L2 스위치라고도 불림

- 스위치의 여러 포트에는 호스트를 연결할 수 있음 → 허브와 공통점

- MAC 주소를 학습해 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 프레임을 전달할 수 있음 → 허브와 차이점

- 동시에 양방향으로 데이터를 전송할 수 있는 전이중 모드 통신 방식 → 허브와 차이점

 

MAC 주소 학습 과정

- 플러딩 : 송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송하는 것

- 포워딩 : 프레임이 전송될 포트에 실제로 프레임을 보내는 것

- 필터링 : 내보낼 포트만을 제외하고 다른 모든 포트를 가리개로 가리는 것 

- 에이징 : 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못했을 때 항목을 삭제하는 것

 

VLAN

Virtual LAN, 한 대의 물리적인 스위치를 여러 대의 스위치가 있는 것 처럼 논리적인 단위로 가상의 LAN을 만드는 방법

VLAN으로 분리한 호스트는 서로 다른 네트워크로 간주하기 때문에 서로 통신하기 위해서는 데이터 링크 계층의 장비가 아니라 네트워크 계층 이상의 상위 계층 장비가 필요함

- 포트 기반 VLAN : 스위치의 포트가 VLAN을 결정하는 방식

- MAC 기반 VLAN : 송수신하는 프레임 속 MAC 주소가 호스트가 속할 VLAN을 결정하는 방식

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기본 숙제

(02-1) 확인 문제 2번(p.87)

이더넷 프레임에서 ㄱ, ㄴ, ㄷ에 들어갈 올바른 단어를 보기에서 찾아서 빈칸을 채워보세요.

보기 :  FCS, 송신지 MAC 주소, 프리앰블

이더넷 프레임은 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이, 데이터, FCS로 구성되어 있습니다.

- 프리앰블 : 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트 크기의 정보, 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보

- 타입/길이 : 타입은 이더넷 프레임이 어떤 정보를 캡슐화했는지를 나타내는 정보, 대표적으로 상위 계층에서 사용된 프로토콜의 이름이 명시됨

- 데이터 : 이더넷 프레임에서 데이터는 네트워크 계층의 데이터와 헤더를 합친 PDU가 포함됨

- FCS : 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드, 오류 검출

 

(02-3) 확인 문제 4번(p.111)

CSMA/CD와 관련해 서로 맞는 용어끼리 선으로 이어 보세요.

- CS(Carrier Sense) : 메시지를 보내기 전에 현재 네트워크상에서 전송 중이 있는 것이 있는지 먼저 확인

- MA(Multiple Access) : 캐리어 감지를 하는 데도 두 개 이상의 호스트가 부득이하게 동시에 네트워크를 사용하려는 상황

- CD(Collision Detection) : 충돌을 감지하면 전송이 중단되고, 충돌을 검출한 호스트는 잼 신호를 보내 임의의 시간 동안 기다린 뒤에 재전송

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추가 숙제

집에 있는 케이블에 표기된 명칭 표기를 바탕으로 케이블 구조 및 전송속도 가늠해 보기

 

케이블 구조

UTP (실드에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류)

아무것도 감싸지 않은 케이블을 의미함

 

Cat5e (카테고리에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류)

- 지원 대역폭 : 100MHz

- 주요 대응 규격 : 1000BASE-T

- 전송 속도 : 1Gbps

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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