[물리 계층, 데이터 링크 계층] 이더넷 (+ IP주소와 MAC주소의 차이)

 

 

 

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이더넷은 무엇인가?

 

 

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이더넷 (Ethernet)

 

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이더넷은

현대 LAN(특히 유선 LAN) 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술로

네트워크를 통해 여러 장치가 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 유선 네트워크 기술이다.

 

일반적으로 인터넷 or 네트워크에 연결된 컴퓨터, 프린터, 공유기 등 다양한 기기를 연결하는 데 활용된다.

 

두 매체(ex 컴퓨터)끼리 정보를 주고받으려면 가장 먼저 케이블과 같은 통신 매체가 필요하다.

그리고 해당 통신 매체를 통해 정보를 송수신하는 방법이 서로 동일한 방법으로 정해야 하는데

이더넷이 이러한 통신 매체의 규격들과 송수신되는 프레임 형태, 프레임을 주고받는 방법 등이 정의된 네트워크 기술이다.

 

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이더넷 표준

 

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현대의 유선 LAN 환경은 대부분 이더넷 기반으로 구성된다.

전기전자공학자협회(IEEE)라는 국제 조직은

이더넷 관련 기술을 "IEEE 802.3"라는 이름으로 표준화를 했다.

 

IEEE 802.3은
이더넷의 표준을 정의하는 국제 표준 규격으로
유선 이더넷 네트워크에서 데이터 전송 방식과 프로토콜을 규정하는 역할을 한다.

현대 기술 발전에 맞춰 새로운 규격들이 꾸준히 추가되고 있다.
(ex IEEE 802.3af, IEEE 802.3at, IEEE 802.3u 등 802.3 숫자 뒤에 버전을 나타내는 알파벳으로 표현한다.)

 

 

 

통신 매체 표기 형태

이더넷 표준에 따라 사용하는 통신 매체의 종류와 전송 속도가 달라질 수 있다.

여기서 특정 이더넷 표준 규격에 따라 사용하는 통신 매체를 지칭할 때 표기 형태가 있다.

(통신 매체 = 케이블, 무선 전파 등)

 

 

전송 속도 (Data Rate)

만약 숫자만 작성되어 있다면 (Mbps)단위가 생략된 것이다.

 

 

BASE

베이스밴드(BASEband)의 약자로, 변조 타입(modulation type)을 의미한다.

변조 타입(moduation type)은
비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법을 의미한다.
여러 변조 타입들이 있지만 대부분 디저털 신호를 송수신하는 BASE 방식을 사용한다.

 

 

추가 특성 (Additional Distinction)

해당 통신 매체의 특성을 명시하는 부분으로,

전송 가능한 최대 거리, 물리 계층 인코딩 방식, 전송로의 레인 수 등을 명시한다.

 

 

 

통신 매체 종류

통신 매체 표기의 추가 특정에 C, T, S, L이라는 글자가 있는데

이것이 어떤 케이블인지 나타낸다.

 

예시

• 10BASE-T 케이블  :  10Mbps 속도를 지원하는 트위스티드 페어 케이블
• 1000BASE-LX 케이블  :  1Gbps 속도를 지원하는 장파장 광섬유 케이블

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이더넷 프레임 (Ethernet Frame)

 

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이더넷 프레임은 

데이터 링크 계층에서 사용되는 데이터 전송 단위를 의미한다.

즉, OSI 계층 중에서 데이터 링크 계층에서 사용하는 데이터(메시지)를 프레임이라고 부른다.

 

유선 LAN 환경은 대부분 이더넷을 기반으로 구성되어 있고

호스트가 데이터 링크 계층에서 주고받는 프레임 형식도 정해져 있다.

(프레임 형식이 정해져 있어야 서로 알아볼 수 있음)

즉, 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임인 이더넷 프레임 형식은 정해져 있다.

 

이더넷 프레임은

송신 입장 : 상위 계층으로부터 받은 정보에 "헤더"와 "트레일러"를 추가하는 캡슐화를 통해 만들어지고,

수신 입장 : 하위 계층으로부터 받은 정보(프레임)를 역캡슐화를 통해 "헤더"와 "트레일러"를 제거한다.

 

 

이더넷 프레임 구성

 

 

프리앰블 (Preamble)

해당 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8byte 크기의 정보다.

수신자는 이 프리앰블을 통해 현재 이더넷 프레임을 전달받고 있음을 알 수 있다.

즉, 프리앰블은 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보다.

 

 

수신지, 송신지 MAC 주소

수신지와 송신지의 MAC 주소를 알려주는 정보다.

(MAC 주소는 데이터 링크 계층의 핵심이다.)

이를 통해 각 노드는 해당 데이터가 어디서 왔고 어디로 보내는지 알 수 있다.

 

MAC 주소는

로컬 네트워크(LAN) 내에서 통신을 할 때 사용하는 각 노드의 주소로

동일한 네트워크 내에서 동일한 MAC 주소를 가진 기기가 있다면 송수신자를 특정할 수 없기 때문에

일반적으로 고유한 주소를 가지고 있으며, 일반적으로 변경되지 않는다.

(즉, 변경이 가능한 경우도 있으며, 이로 인해 고유하지 않을 수도 있다. / 다만 )

총 48bit, 16진수로 12자리로 구성된다.

 

IP 주소와 MAC 주소 차이

IP 주소는
호스트(최종 노드)의 논리적 위치를 나타내는 주소로
최종 출발지와 목적지를 가리키기 위해 사용된다.

MAC 주소는
네트워크 장비(컴퓨터, 라우터 등)에 있는 "네트워크 인터페이스 카드(NIC)"에 고유하게 할당된 식별 번호로
네트워크 장치에 물리적으로 내장된 주소(물리적 주소)다.
현재 노드와 직접 연결된 다음 노드를 식별하는 데 사용된다.

 

 

타입/길이

해당 필드에는 타입(Type) 또는 길이(length)가 작성된다.

 

• 타입  :  해당 이더넷 프레임이 "어떤 정보를 캡슐화했는지"를 나타내는 정보  (이더타입(ethertype)라고도 부름)
              대표적으로는 상위 계층에서 사용된 프로토콜의 이름이 명시된다.
• 길이  :  해당 이더넷 프레임의 크기(길이)를 나타내는 정보

 

 

데이터

상위 계층에서 전달받거나 상위 계층으로 전달할 내용을 의미한다.

해당 데이터의 크기는 46~1500byte여야 하며
만약 46byte 이하라면 이를 채우기 위해 패딩(Padding)이라는 정보가 내부에 채워진다.
(46byte가 될 때까지 0으로 데이터를 채움)

 

 

FCS (Frame Check Sequence)

수신한 해당 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드로, 오류 검출을 위해 사용된다.

 

해당 필드에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)이라는 오류 검출용 값이 들어간다.

 

 

송신 측  :  프리앰블을 제외한 모든 필드 값들을 바탕으로 CRC 값을 계산 후 FCS 필드에 명시(삽입)

수신 측  :  프리앰블과 FCS를 제외한 모든 필드 값들을 바탕으로 CRC 값을 계산 후 기존 RCS 필드의 값과 동일한지 비교

 

만약 비교한 값이 일치하지 않으면 해당 프레임에 요류가 있다고 판단하여 해당 프레임을 폐기처분한다.

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