[Network] 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

데이터링크계층?

- OSI모델 2계층. 네트워크 장비간에 신호를 주고받는 규칙을 정한다.
- 랜에서 데이터를 정상적으로 주고받기 위해 필요한 계층
- 그중 가장 많이 사용하는 규칙은 이더넷(Ethernet)이다.

이더넷?

- 랜에서 적용되는 규칙
- 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을때 사용한다.
- 이더넷은 데이터 충돌을 막기위한 규칙으로 CSMA/CD방식을 사용한다.
- CSMA/CD에서 CS는 데이터를 보내려 하는 컴퓨터가 신호가 흐르고 있는지 확인하는 규칙. MA는 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않으면 데이터를 보내도 된다는 규칙, CD는 충돌이 발생하고 있는지를 확인하는 규칙
- 지금은 효율이 낮다는 이유로 거의 사용하지 않고 스위치라는 네트워크 장비를 사용한다.

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MAC 주소(Media Access Control Address)?

- 랜카드를 제조할 때 정해지는 물리적인 주소. 유일한 번호다.
- 랜카드는 비트열(0과 1)을 전기신호로 변환한다.
- 48비트 숫자로 구성되어 있으며 앞 24비트는 랜카드를 만든 제조사번호, 뒤 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호이다.

- 데이터 링크계층에서 이더넷헤더와 트레일러를 붙인다.
- 이더넷헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임이라고 부른다

이더넷헤더?

- 이더넷헤더는 목적지의 MAC주소(6바이트), 출발지 MAC주소(6바이트), 유형(2바이트) 이렇게 총 14바이트로 구성되어있다.
- 이더넷 유형은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류다. 유형번호는 프로토콜 종류를 식별하는 번호가 들어간다.

유형 번호	프로토콜	설명
0800	IPv4	- 시스템에서 네트워크 인터페이스를 고유하게 식별하는 32비트 번호 - 마침표로 구분되는 4개의 8비트 필드로 구분된 십진수로 작성
0806	ARP	- 주소 결정 프로토콜(Address Resolution Protocol) - 네트워크 상에서 IP 주소를 물리적 네트워크 주소(이더넷, 토큰링의 48비트 네트워크 카드주소)로 대응(bind)시키기 위해 사용되는 프로토콜 - IP 주소로부터 맥주소를 알아오는것. - 출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모르면 MAC주소를 알아내기위해 네트워크에 브로드캐스트를 하는데 이것을 ARP요청이라 부름
8035	RARP	- 역순 주소 결정 프로토콜(Reverse ARP) - IP호스트가 자신의 물리 네트워크 주소는 알지만 IP주소를 모를 경우 서버로부터 IP주소를 요청하기위해 사용
814C	SNMP over Ethernet	- SNMP(Simple Network Management Protocol)는 UDP/IP(사용자 데이터그램 프로토콜/인터넷 프로토콜)를 사용하여 이더넷 연결을 통해 네트워크 관리 작업을 수행하는 응용 계층 프로토콜
86DD	IPv6	- 기존 32비트의 IPv4 주소가 고갈되는 문제를 해결하기 위하여 개발된 새로운 128비트 체계의 무제한 인터넷 프로토콜 주소

트레일러?

- FCS(Frame Check Sequence)라고 불리며 데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용

물리-데이터링크계층의 송수신

- 허브는 그림과 같이 별모양컴퓨터에서 보낸 데이터를 연결된 포트로 수신하고 나머지 모든 포트에 전송한다. 그러면 데이터는 다른 기기에 모두 전송되지만 노란동그라미 외 다른 기기에는 MAC주소가 자신의 MAC주소와 다르기 때문에 데이터를 파기한다. 그리고 노란동그라미 노트북은 목적지 MAC주소와 같으므로 데이터를 수신한다.
- 기기 두 개가 동시에 하나의 기기에 데이터를 전송할 경우 충돌을 방지하기위해 CSMA/CD방식이 사용된다. 충돌이 감지되면 다른 한 기기는 잠시 대기한 후 데이터를 다시 전송한다.

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Switch?

- 데이터 링크 계층에서 동작하고 레이어2스위치 또는 스위칭허브라고도 불린다.
- 외형은 허브와 비슷하지만 스위치 내부에는 MAC주소테이블이 존재한다.
- MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스다.
- 스위치의 전원을 켠 초기 상태에는 MAC 주소 테이블엔 아무것도 등록되어 있지 않다. 그러나 컴퓨터에서 목적지 MAC주소가 추가된 프레임이라는 데이터가 전송되면 MAC주소를 포트와 함께 등록(MAC주소학습기능이라 함) 한다.

- 컴퓨터 1이 컴퓨터 3에 데이터를 전송한 시점에서는 아직 컴퓨터 3의 목적지 MAC주소가 MAC주소테이블에 등록되어있지 않아서 송신 이외의 포트에 모두 데이터(프레임)가 전송되는데 이 데이터전송을 플러딩(flooding)이라고 한다.
- 주소가 등록되어있으면 목적지 컴퓨터에만 데이터가 전송되고 MAC주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것을 MAC주소 필터링 이라고한다. 불필요한 데이터를 네트워크에 전송하지 않게된다.


케이블에 데이터가 아무리 많이 전송되어도 데이터가 충돌하지 않는 이유는 왜일까?

전이중통신과 반이중통신

전이중통식

- 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 방식
- 컴퓨터 사이를 직접 랜케이블로 연결하는 방식
- 스위치도 전이중통신방식구조로 되어있다

반이중통식

- 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식
- 허브를 통해 송신과 수신을 번갈아가면서 사용하는 방식
- 동시에 데이터를 전송하면 충돌이 일어난다. 이때 그 영향이 미치는 범위를 충돌도메인(collision domain)이라고 하며, 허브의 경우 연결되어있는 모든 컴퓨터에 영향을 미쳐 컴퓨터 전체가 하나의 충돌도메인이 된다.

전이중통식은 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않지만, 반이중통신은 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생한다. 따라서 전송하면서 동시에 수신도 가능한 전이중통신방식을 선호한다. 지금은 네트워크 업체 대부분 허브대신 스위치를 위주로 팔고있다. 스위치는 데이터를 동시에 송수신 할 수 있는 전이중 통신방식이기 때문에 충돌이 일어나지않고 충돌도메인의 범위또한 해당 컴퓨터에만 미치기때문에 충돌도메인이 좁고, 그로인에 통신 효율을 훨씬 높일 수 있다.