'혼자 공부하는 네트워크' 시리즈
  1. [Network] 컴퓨터 네트워크
  2. [Network] 물리 계층 & 데이터 링크 계층
  3. [Network] 네트워크 계층
  4. [Network] 전송 계층
  5. [Network] 응용 계층

✦ 이더넷

◆ 이더넷 (Ethernet)

  • 다양한 통신 매체 규격, 송수신되는 프레임 형태, 프레임 교환 방법 정의 네트워크 기술
  • 유선 LAN 환경에서 가장 대중적 사용 기술

◆ 이더넷 표준

  • IEEE 802.3 : 전기전자공학자협회 (IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers) 에 의해 표준화 된 이더넷 관련 기술.
    • 이더넷 관련 다양 표준 모음
  • 이더넷 표준 따라 지원 네트워크 장비, 통신 매체 종류, 전송 속도 化

◆ 통신 매체 표기 형태

💡 전송속도 BASE - 추가 특성

  • 통신 매체 속도, 특성 한눈에 파악 쉽도록 표기

◆ 전송 속도 (Data Rate)

  • 숫자만 → Mbps 속도
  • 숫자뒤 G → Gbps 속도 ex) 4G → 4Gbps 의 속도

◆ BASE (BASEband)

  • 변조 타입 (Modulation Type) : 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법
  • 일반적 LAN 환경 → 대부분 BASE 사용

◆ 추가 특성 (Additional Distinction)

  • 통신 매체 특성 명시
  • 특성의 종류
    • 전송 가능한 최대 거리
    • 물리 계층 인코딩 : 데이터가 비트 신호로 변환되는 방식
    • 레인 수 : 비트 수를 옮길 수 있는 전송로 수

◆ 통신 매체 종류

  • 추가 특성에 표시됨. | C | 동축 케이블 | | T | 트위스티드 페어 케이블 | | S | 단파장 광섬유 케이블 | | L | 장파장 광섬유 케이블 |

ex)

​ 10BASE-T 케이블 : 10Mbps 속도 지원 트위스티드 페어 케이블 ​ 1000BASE-SX 케이블 : 1000Mbps 속도 지원 단파장 광섬유 케이블 ​ 1000BASE-LX 케이블 : 1000Mbps 속도 지원 장파장 광섬유 케이블

◆ 이더넷 프레임 (Ethernet Frame)

  • 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임
  • 생성 by 캡슐화 과정
  • 수신하면 역캡슐화 과정
  • 이더넷 프레임 구성
    • 헤더 : 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입 / 길이
    • 페이로드 : 데이터
    • 트레일러 : FCS

◆ 프리앰블 (Preamble)

  • 이더넷 프레임 시작 알리는 8바이트 (64비트) 크기의 정보
  • 첫 7 바이트 → 10101010
  • 마지막 바이트 → 10101011
  • 송수신지 간의 동기화

◆ 수신지 / 송신지 MAC 주소

  • MAC 주소 : 물리적 주소. 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트 (48비트) 길이의 주소.
    • LAN 내의 수신지 & 송신지 특정
    • 일반적으로 고유, 변경 X (변경되는 경우도 있긴함 )
  • NIC (Network Interface Controller) : 네티워크 인터페이스 역할
  • 1 컴퓨터 多 NIC → 多 MAC 주소 가능

◆ 타입 / 길이

  • 필드 크기 ≤ 1500 (16진수 05DC) → 프레임 크기 (길이)
  • 필드 크기 ≥ 1536 (16진수 0600) → 타입

  • 타입 (Type) : 이더넷 프레임이 어떤 정보를 캡슐화? = 이더타입 (Ethertype)

    • 상위 계층 사용된 프로토콜 이름 명시 | 타입 | 프로토콜 | | 0800 | IPv4 | | 86DD | IPv6 | | 0806 | ARP |

◆ 데이터

  • 상위 계층에서 전달 or 상위 계층으로 전달할 내용
  • PDU (네트워크 계층 데이터 + 헤더) 포함
  • 최대 크기 : 1500바이트
  • 최소 크기 : 46바이트 이상 - 이하면 패딩 (Padding) 으로 0 채워짐

◆ FCS (Frame Check Sequence)

  • 수신한 이더넷 프레임 오류 확인 필드
  • CRC (Cyclic Redundancy Check) : 순환 중복 검사. 오류 검출용 값 포함
    • 송신자 : 프리앰블 제외 나머지 필드값으로 CRC 계산 후 FCS 필드에 명시
    • 수신자 : 똑같이 CRC 계산 후 FCS와 비교. 일치 X → 오류 판단

◆ 토큰 링 (Token Ring)

  • 이더넷이 아닌 LAN 기술
  • 호스트들이 링 (고리) 형태로 연결. 호스트끼리 돌아가며 토큰 주고 받음
  • 토큰 소유해야 네트워크 내 다른 호스트에게 메시지 송신 가능

✦ NIC & 케이블

◆ NIC (Network Interface Controller)

= 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, LAN 카드, 네트워크 카드, 이너넷 카드

  • 호스트 - 통신 매체 연결
  • 통신 매체 전달 신호 ↔ 컴퓨터 이해 정보 변환
  • MAC 부여되는 네트워크 장비
  • 호스트를 네트워크 (LAN) 에 연결하기 위한 하드웨어

◆ NIC 생김새

  • USB 연결

  • 마더보드 (메인보드) 내장 |441x296

◆ NIC 역할

  • 통신 매체 신호 ↔ 호스트 이해 프레임 변환
  • 호스트가 네트워크 통해 송수신 정보 → NIC 거침
  • 네트워크 인터페이스 (Network Interface)

◆ 트위스티드 페어 케이블 (Twisted Pair Cable)

  • 구리 선으로 전기 신호 주고 받는 통신 매체

◆ 트위스티드 페어 케이블 생김새

![ 476x476](/assets/images/notion/[network]-물리-계층-&-데이터-링크-계층/img_4.png)
  • 커넥터 (Connector) : 케이블 연결부
    • RJ-45
  • 케이블 본체
    • 구리 선이 두 가닥씩 꼬여있음
    • 노이즈 (Noise) : 구리 선에 전자적 간섭 → 전기 신호 왜곡시키는 간섭
  • 차폐 (Shielding) : 구리 선 주변 감싸 노이즈 감소
    • 브레이드 실드 (Braided Shield) : 차폐 사용 그물 모양의 철사
    • 포일 실드 (Foil Shield) : 차폐 사용 그물 모양 포일

◆ 트위스티드 페어 케이블 분류 by 실드

  • STP (Shielded Twisted Pair) 케이블 : 브레이드 실드로 감싼 케이블
  • FTP (Foil Twisted Pair) 케이블 : 포일 실드로 감싼 케이블
  • UTP (Unshielded Twisted Cable) 케이블 : 감싸지 않고 구리 선만 있는 케이블

    💡 XX / Y TP

  • XX : 케이블 외부 감싸는 실드 종류 (1 or 2)
  • Y : 꼬인 구리 선 쌍 감싸는 실드 종류

ex)

S/FTP 케이블 : 외부 → 브레이드 실드 / 꼬인 구리선 쌍 → 포일 실드

SF/FTP 케이블 : 외부 → 브레이드 실드 & 포일 실드 / 꼬인 구리선 쌍 → 포일 실드

U/UTP 케이블 : 아무것도 감싸지 않은 케이블

◆ 트위스티드 페어 케이블 분류 by 카테고리

  • 카테고리 (Category) : 트위스티드 페어 케이블 성능 등급 구분
    • 높은 카테고리 → 높은 성능
    • 줄여서 Cat 이라고 표시 | 특징 | Cat5 | Cat6 | Cat7 | Cat8 | | 지원 대역폭 | 100MHz | 250MHz | 600MHz | 2GHz | | 주요 대응 규격 | 100BASE-TX | 1000BASE-TX | 10GBASE-T | 40BASE-T | | 전송 속도 | 100Mbps | 1Gbps | 10Gbps | 40Gbps |

◆ 광섬유 케이블 (Fiber Optic Cable)

  • 빛 (광신호) 이용해 정보 주고받는 케이블
    • 속도 ↑, 먼 거리 전송 可, 노이즈 간섭 ↓
  • 대륙 간 네트워크 연결에 사용

◆ 광섬유 케이블 생김새

![ 585x390](/assets/images/notion/[network]-물리-계층-&-데이터-링크-계층/img_5.png)
  • 커넥터 (Connector) : 케이블 연결부
    • LC 커넥터 / SC 커넥터 / FC 커넥터 / ST 커넥터
  • 케이블 본체
    • 코어 (Core) : 광섬유 중심. 실질적 빛 흐르는 부분
    • 클래딩 (Cladding) : 코어 둘러싸는 부분. 빛 가두는 역할.

◆ 광섬유 케이블 종류

  • 코어의 지름에 따라

◆ 싱글 모드 광섬유 케이블 (SMF : Single Mode Fiber)

  • 코어 지름 : 8 ~ 10 μm
  • 멀티 모드 광섬유 케이블 비해 작음 → 빛의 경로가 하나
  • 파장 긴 장파장 빛 사용
  • 신호 손실 ↓ → 장거리 전송 적합
  • 비용 ↑ ex) 1000BASE-LX, 10GBASE-LR → L (Long)

◆ 멀티 모드 광섬유 케이블 (MMF : Multi Mode Fiber)

  • 코어 지름 : 50 ~ 62.5μm
  • 싱글 모드 광섬유 케이블 비해 큼 → 빛이 여러 경로로 이동
  • 신호 손실 클 수 있음 → 장거리 전송 부적합, 비교적 근거리 연결 사용
  • 싱글 모드 비해 단파장 빛 사용 ex) 1000BASE-SX, 10GBASE-SR → S (Short)

✦ 허브

◆ 물리 계층의 주소 개념 X

  • 송수신지 특정 주소 → 데이터 링크 계층 부터 존재
  • 물리 계층 : 호스트 - 통신 매체 연결 & 통신 매체 상 송수신
    • 송수신 정보에 대한 조작 (내용 변경) or 판단 X
  • 데이터 링크 계층 : 주소 개념 O (MAC 주소)

◆ 허브 (Hub)

  • 여러 대의 호스트 연결하는 장치
  • 리피터 허브 (Repeater Hub)

  • 이더넷 허브 (Ethernet Hub) : 이더넷 네트워크 허브

  • 포트 (Port) : 커넥터 연결 가능 4개 연결 지점. 호스트와 연결 가능
  • 오늘날 잘 사용 X

◆ 허브의 특징

  1. 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 다시 내보냄.
  • 주소 개념 X → 수신지 특정 불가.
  • 송신지 제외 모든 포트에 다 내보냄
  • 데이터 링크 계층에서 MAC 주소 확인하고 관련 없으면 폐기
  1. 반이중 모드로 통신
  • 반이중 (Half Duplex) : 송수신을 번갈아 가면서 함 (1차선 도로)
  • 전이중 (Full Duplex) : 송수신을 동시에 양방향으로 가능 (2차선 도로)

◆ 콜리전 도메인 (Collision Domain)

  • 충돌 (Collision, 콜리전) : 동시에 허브 신호 송신 시발생
  • 충돌이 발생할 수 있는 영역
    • 허브에 연결된 모든 호스트 → 같은 콜리전 도메인

◆ CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

  • 충돌 문제 해결 위한 프로토콜
  • 반이중 이더넷 네트워크에서 충돌 방지
  • 작동 방식
    1. CS (Carrier Sense) : 캐리어 감지
      • 현재 통신 매체 사용 가능 여부 검사

    2. MA (Multiple Access) : 다중 접근

      • 복수의 호스트가 네트워크 접근 상황
      • 충돌 발생

    3. CD (Collision Detection) : 충돌 검출

      • 충돌 감지 시 전송 중단

      • 충돌 검출 호스트 → 다른 이들에게 잼 신호 (Jam Signal) 보냄

      • 임의 시간 후 재전송

✦ 스위치

◆ 스위치 (Switch)

  • 데이터 링크 계층 네트워크 장비

  • 2계층에서 사용 → L2 스위치 (L2 Switch)

  • 스위치 장점
    • MAC 주소 학습 → 특정 MAC 주소 호스트에만 프레임 전달 가능
    • 전이중 모드 통신 지원
    • VLAN 사용 가능

◆ 스위치 특징

  • MAC 주소 학습 (MAC Address Learning)
    • 특정 포트 & 해당 포트 연결 호스트 MAC 주소 관계 기억
    • MAC 주소 테이블 (MAC Address Table) : 포트 - 연결 호스트 MAC 주소 연관 관계 정보

◆ MAC 주소 학습

  • 스위치 기능

1. 플러딩 (Flooding)

  • 처음 송신지에서 프레임 수신 → 프레임 송신지 MAC 주소로 MAC 주소 연결 포트 → MAC 주소 테이블 저장

  • 송신지 포트 제외 all 포트로 프레임 전송

  • 관련 없는 호스트는 폐기, 수신지 호스트는 스위치로 응답 프레임 전송 → 프레임 송신지 MAC 주소로 MAC 주소 연결 포트 → MAC 주소 테이블 저장

    • 송신 + 수신 both 연결 포트 저장됨

2. 필터링 (Filtering)

  • 전달받은 프레임을 어디로 내보내고 어디로 내보내지 않을지 결정하는 기능

3. 포워딩 (Forwarding)

  • 프레임이 전송될 포트에 실제로 프레임 내보내는 것

◆ 에이징 (Aging)

  • MAC 주소 테이블에 등록된 특정 포트에서 일정 시간 동안 프레임 전송 X → 해당 항목 삭제

◆ VLAN (Virtual LAN)

  • 한 대의 스위치로 가상의 LAN 만듬
  • 1 대의 물리적 스위치로 여러 대 스위치 처럼 LAN 구획 가능
  • 구성 방법

◆ 포트 기반 VLAN (Port Based VLAN)

  • 스위치의 포트가 VLAN 결정
  • 사전에 특정 포트에 VLAN 할당 → 해당 포트에 호스트 연결해 VLAN에 포함
  • VLAN 트렁킹 (VLAN Trunking) : 두 대 이상의 VLAN 스위치 효율적 연결해 확장
    • 트렁크 포트 (Trunk Port) : 스위치 간 통신 위한 포트 → VLAN 스위치 서로 연결

◆ MAC 기반 VLAN (MAC Based VLAN)

  • 사전 설정 MAC 주소 따라 VLAN 결정
  • 송수신 프레임 속 MAC 주소 → 호스트 속할 VLAN 결정

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