OSI 7계층 - 데이터 링크 계층

1) 이더넷
- 데이터 링크 계층은 네트워크 장비 간에 신호를 주고 받는 규칙을 정하는 계층인데,
  그 규칙들 중 일반적으로 가장 많이 사용되는 규칙이 이더넷입니다
  이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도
  충돌이 일어나지 않는 구조로 되어 있는데, 이처럼 이더넷에서 시점을 늦추는 방법을 CSMA/CD라고 합니다.

- CSMA/CD에서 CS는 '데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지를 확인한다'는 규칙이고, MA는 '케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다'는 규칙입니다. 마지막으로 CD는 '충돌이 발생하고 있는지를 확인한다'는 규칙입니다.

- 지금은 효율이 좋지 않다는 이유로 CSMA/CD는 거의 사용하지 않고, 스위치라는 네트워크 장비를 사용합니다.


2) MAC주소
- MAC주소는 제조할 때 새겨지기 때문에 물리 주소라고도 부르는데, 랜 카드를 제조할 때 정해집니다.
MAC주소는 48비트 숫자로 구성되어 있는데, 앞쪽 24비트는 랜 카드를 만든 제조사 번호이고, 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련 번호입니다.


3) 이더넷 헤더와 트레일러
- 이더넷 헤더는 목적지의 MAC주소(6바이트), 출발지의 MAC주소(6바이트), 유형(2바이트)

  이렇게 총 14바이트로 구성되어 있습니다. 

  이더넷 유형은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류를 나타냅니다. 

  트레일러는 데이터 뒤에 추가되며, 이것은 FCS(Frame Check Sequence)라고도 하는데,

  데이터 전송 도중에 오류가 발생하는지 확인하는 용도로 사용합니다. 

  이처럼 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임이라고 합니다. 

 

- 즉, 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러를 추가하여 프레임을 만들고,

  물리 계층에서 이 프레임 비트열을 전기 신호로 변환하여 네트워크를 통해 전송합니다. 

 

 

4) 스위치

- 스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하고, 레이어 2 스위치 또는 스위칭 허브라고도 불립니다.

  스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이라는 것이 있는데,

  MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와

  해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스입니다. 

 

- 스위치의 전원을 켠 상태에서는 아직 MAC 주소 테이블에 아무것도 등록되어 있지 않습니다.

  하지만 컴퓨터에서 목적지 MAC 주소가 추가된 프레임이라는 데이터가 전송되면

  MAC 주소 테이블을 확인하고 출발지 MAC 주소가 등록되어 있지 않으면 

  MAC 주소를 포트와 함께 등록합니다.  

  이를 MAC 주소 학습 기능이라고 합니다. 

 

- 그런데 예를 들어, 컴퓨터1에서 컴퓨터3에 데이터를 전송한 시점에서는 

  아직 컴퓨터3의 목적지 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 등록되어 있지 않아서

  송신 포트 이외의 포트에 데이터가 전송되는데,

  이러한 데이터 전송을 플러딩(flooding)이라고 합니다.

 

- MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것을 MAC 주소 필터링이라고 합니다. 

 

 

5) 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

(1) 전이중 통신과 반이중 통신

- 전이중 통신 방식은 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 방식이고,

  반이중 통신 방식은 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식입니다. 

 

- 전이중 통신 방식은 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않지만,

  반이중 통신 방식은 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생합니다. 

 

- 허브는 내부에 송수신이 나누어져 있지 않기 때문에,

  컴퓨터1과 컴퓨터2를 허브로 연결하면, 동시에 데이터를 보낼 때 충돌이 일어납니다.

  이처럼 허브를 사용하면 회선 하나를 송신과 수신이 번갈아가면서 사용하는

  반이중 통신 방식을 사용합니다. 

 

- 반면, 스위치는 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어 있기 때문에

  전이중 통신 방식으로도 데이터를 주고 받을 수 있습니다.  

 

 

6) 충돌 도메인

-충돌 도메인이란 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 의미합니다. 

 예를 들어, 허브는 연결되어 있는 컴퓨터 전체가 하나의 충돌 도메인이 되는데,

 스위치는 충돌 도메인이 좁습니다. 

 즉, 충돌 도메인의 관점에서 보더라도 스위치를 사용하면 통신 효율이 높아집니다. 

 

 

7) ARP(Address Resolution Protocol)

- ARP는 목적지 컴퓨터의 IP 주소를 이용하여 MAC 주소를 찾기 위한 프로토콜입니다. 

  이더넷 프레임을 전송하려면 목적지 컴퓨터의 MAC 주소를 지정해야 합니다. 

  출발지 컴퓨터가 목적지 주소를 모르면 MAC 주소를 알아내기 위해 

  네트워크에 브로드캐스트를 하는데 이것을 'ARP 요청'이라고 합니다.

 

 

8) 이더넷의 종류와 특징

- 이더넷은 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류됩니다.

  

 

참고

모두의 네트워크