이더넷이란?

이더넷이란, 다양한 통신 매체의 규격, 송수신되는 프레임의 형태, 그리고 프레임을 주고받는 방법 등을 정의한 기술입니다.

서로 다른 제조사의 네트워크 장비를 사용하는 컴퓨터들끼리도 동일한 형식의 프레임을 주고받을 수 있도록 표준화된 덕분에, 이더넷은 호환성을 보장합니다. 이 표준은 IEEE 802.3으로 정의됩니다.

 

표준 규격에 따라 구현되 통신 매체 표기 형태

전송속도 BASE 추가특성
  1. 전송속도
    • 숫자만 표기 : Mbps
    • 숫자 뒤 G : Gbps
    • bps : bit per second, 1초 간 몇 비트를 전송할 수 있는지
  2. BASE
    • 베이스밴드의 약자이며 변조타입을 의미.
    • 베이스 밴드는 디지털 형태인 0과 1의 직류 신호를 변조 없이 그대로 수신측에 전송하는 방식,
    • 베이스밴드는 고유 주파수 대역을 사용하며, 동시에 여러 신호를 전송할 수 없는 단일 채널 방식입니다.
  3. 추가 특성
    • 통신 매체의 특성
      • 사용하는 케이블의 유형(구리선, 광섬유등)
        • C : 동출 케이블, T : 트위스티드 케이블, S : 단파장 광섬유 케이블 , L : 장파장 광섬유 케이블
      • 전송 가능한 최대 거리(UTP 케이블은 최대 100m, 광섬유는 몇 km등)
    •  물리 계층 인코딩 방식
      • 데이터를 전기 신호나 광 신호로 변환하는 방식 -> 네트워트에서는 디지털 0과 1의 형태이지만 실제 전송을 위해서는 신호로 변환 해야합니다.
    • 레인수
      • 데이터 전송을 위해 병렬적으로 사용하는 채널수

이더넷 프레임

상위 계층으로부터 받아들인 정보에 헤더와 트레일러를 추가하는 캡슐화 과정 : 캡슐화

프레임의 헤더와 트레일러를 제거한 뒤 상위 계층으로 올려보내는 과정 : 역캡슐화

 

이더넷 프레임은 다음 세 가지 구성요소로 이루어져 있다.

  1. 헤더
    • 프리 앰블:
      • 프레임의 시작 8바이트 크기의 정보
      • 첫 7바이트 10101010, 마지막 바이트 10101011
      • 프리앰블을 통해 수신지는 이더넷 프레임의 전송진행 여부를 확인
    • MAC주소( 수신지, 송신지)
      • 네트워크 인터페이스 마다 부여되는 일반적으로 고유한 변경되지 않는 주소
      • 하지만, MAC주소의 변경이 가능한 경우 존재 고유하지 않을수도있음
      • NIC라는 장치가 네트워크 인터페이스 역할을 담당
      • AB-CD-EF-AB-CD-01의 형태, 6쌍의 16진수로 구성되며, 각 쌍은 하이픈(-) 또는 콜론(:)으로 구분됩니다.
    • 타입/길이
      • 필드에 명시된 크기가 1500 이하 길이를 명시
      • 필드에 명시된 크기가 1536 이상 타입을 명시  :
        어떤 정보를 캡슐화 했는지를 나타내는 정보, 상위 계층에서 사용된 프로토콜의 이름을 명시
  2. 페이로드
    • 데이터 :
      • 상위 계층에서 전달받거나 상위 계층으로 전달해야 할 내용
      • 상위 계층의 데이터와 헤더를 합친 PDU가 포함됨
        • PDU(Protocol Data Unit): 네트워크 통신에서 각 계층에서 교환되는 데이터의 기본 단위
      • 최대 크기는 1500바이트, 46바이트 이상
      • 만약 46바이트 이하라면 크기를 맞추기 위해 패딩이라는 정보가 채워짐 0으로 채워진다.
  3. 트레일러 
    • FCS :
      • 오류 검출을 위한 필드
      • CRC(순환 중복 검사) : 오류 검출용 코드
      • 송신지는 프리앰블을 제외한 나머지 필드값을 바탕으로 CRC 계산 FCS 필드에 명시
        수신지는 프리앰블과 FCS를 제외한 나머지 필드값을 바탕으로 CRC계산 FCS와 비교

NIC와 케이블

NIC

네트워크 인터페이스 카드로, 컴퓨터(호스트)와 네트워크 통신 매체를 연결하는데 사용되는 하드웨어 장치.

통신매체를 통해 전달되는 신호와 컴퓨터가 이해할 수 있는 정보 간에 변환이 필요한데 이때 호스트와 유무선 통신 매체를 연결하고 변환을 담당

 

  • MAC 주소를 통해 자기 주소는 물론, 수신되는 프레임의 수신지 주소를 인식한다.
  • 어떠한 프레임이 자신에 도착했을때 자신과 관련없는 수신지 MAC주소가 명시되어있다면 폐기
  • FCS를 통해 오류 검출 -> 잘못된 프레임 폐기

케이블

NIC와 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체.

통신 매체로 연결된 두 호스트가 아무리 데이터를 빠르게 처리할 수 있어도, 통신 매체가 해당 속도를 따라잡지 못하면 아무 효용이 없다.

 

트위스티드 페어 케이블

트위스티드 페어 케이블은 본체와 커넥터로 이루어져있다.

본체가 구리 선으로 이루어진 상태에서 전기 신호를 주고 받다 보면 구리선에 전자적 간섭이 생길 수 있습니다.

이렇제 전기 신호를 왜곡시킬 수 있는 간섭을 노이즈라고 합니다.

 

이 노이즈를 피하기 위해서 구리선을 그물모양의 철사 또는 포일로 감싸 보호하는 경우가 많습니다.

주변을 감싸 노이즈를 감소시키는 방식을 : 차폐

차폐에 사용된 그물 모양의 철사와 포일을 브레이드 실드, 포일 실드라고 합니다.

 

  1. 브레이드 실드로 구리선을 감싸 노이즈를 감소시킨 케이블 : STP
  2. 포일 실드로 노이즈를 감소시킨 케이블 : FTP
  3. 아무것도 하지 않는 구리선만 있는 케이블 UTP
XX/YTP

외부 케이블 브레이드 실드, 꼬인 구리선을 포일 실드
S/FTP

 

카테고리 : 높을수록 좋다

 

광섬유 케이블

빛을 이용하여 정보를 주고 받는 케이블, 먼 거리 빠른 전송이 가능하다.

노이즈로부터 간섭받는 영향도 적다. 광섬유 케이블 또한 본체와 커넥터로 이루어져 있다.

다양한 커넥터가 존재하며 광섬유 케이블 본체 내부는 광섬유로 이루어져있다.

광섬유는 빛을 운반하는 매체이다. 중심에는 코어가 존재한다. 실질적으로 빛이 후르면 부분이며 빛을 코어안에서만 흐르도록 둘러싸인걸 클래딩이라고 한다.

 

광섬유 케이블은 코어의 지름에 따라 종류가 다른데 다음과 같다.

  1. 싱글 모드 광섬유 케이블:
    • 코어의 지름이 8~10 나노미터 정도로 멀티 모드 광섬유 케이블에 비해 작다.
    • 코어 지름이 작다 -> 빛이 이동할 수 있는 경로가 많지않다. 즉 코어의 길이가 작으니 빛의 이동 겨로가 하나 이상을 갖기 힘들다.
    • 신호 솔실이 적은 장거리 전송에 척합하다. 
    • 파장 긴 장파장의 빛을 사용한다.
  2. 멀티 모드 광섬유 케이블
    • 코어의 지름이 50~62.5 나노 미터
    • 빛이 여러 경로로 이동가능 -> 이를 두고 모드가 여러개 라고 표현한다.
    • 신소 손실이 클 수 있기에 장거리 전송에 부족합하다.

\

허브

물리 계층에는 주소의 개념이 존재하지 않는다. 단순한 호스트와 통신 매체간의 연결과 통신 매체상의 송수신이 이루어질 뿐이다.

물리계층의 네트워크 장비는 어떠한 조작이나 판단을 하지 않는다.

특징:

  1. 전달받은 신호는 송신지를 제외한 다른 모든 포트로 그대로 내본다.
  2. 반이중 모드 : 동시에 송수신이 불가능하며 다른 한쪽에 끝나야 다른 쪽이 시작이 가능하다.
  3. 콜리전 발생(충돌) : 동시에 허브에 송신하면 발생
  4. 콜리전 도메인 : 허브에 연결된 모든 호스트

CSMA/CD:

  • 반 이중 네트워크 에서 출동을 방지하는 프로토콜
  • 메시지를 보내기 전에 현재 네트워크에서 전송중인 것이 있는지 확인  : 캐리어 감지( CS )
  • 복수의 호스트가 캐리어 감지를 하는대도 네트워크에 접속 하려는 상황 : 다중감지 (MA)
  • 충돌 검출 이후 충돌이 검출되면 전송 중단, 다른 이들에게 잼 신호 송신,  임의의 시간 대기후 재전송 : (CD)

 

스위치

 데이터 링크 계층의 네트워크 장비 이며 2계층에서 사용한다 하여 L2 스위치 라고도 불린다.

스위치의 여러 포트에는 호스트를 연결 가능하다. 하지만 허브와 다르게 MAC 주소를 학습해 특정 MAC 주소를 가진 호스트에만 프레임을 전달하며 전이중 모드통신을 지원한다.

전이중 모드 : 송신과 수신이 동시에 이루어질 수 있는 통신 방식

 

스위치의 특징

  1. MAC 주소 학습
  2. 포트와 연결된 호스트의 MAC주소의 연관 관계를 메모리 표에 기억 : MAC 주소 테이블

MAC 주소 학습

스위치의 세 가지 기능을 통해 주소 학습이 이루어 진다.

    1. 플러딩
    2. 포워딩과 필터링
    3. 에이징

  • 처음에는 호스트 A,B,C,D의 MAC주소와 연결된 포트 연관 관계를 알지 못한다.
  • 송신지 MAC주소를 바탕으로 주소학습이 이루어진다.
    • 처음 호스트 A에게서 프레임을 수신하면, 프레임 내 송신지 MAC 주소 정보를 바탕으로
      호스트 A의 MAC주소와 연결된 MAC주소 테이블에 저장한다.
    • 그 이후 스위치는 허브처럼 모든 포트로 프레임을 전송 : 플러딩
    • 자신과 관련있는 호스트 C만 응답 프레임으로 전송, 이 프레임 에는 송신지 MAC주소필드에는 
      호스트 C의 MAC주소가 적혀있음
    • 주소테이블에 호스트 A와 호스트 C의 MAC주소와 연결된 포트를 알고있으므로 두 호스트가 프레임을 주고받을때는 다른곳에 내보낼 필요가 없어짐
  • 프레임을 어디에 내보내고 보내지 않을지 결정하는 기능 : 필터링
  • 전송될 프레임에 실제로 프레임을 내보내는 것 : 플러딩
  • 주소 테이블에 등록된 특정 포트에서 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못했다면 해당 항목 삭제 : 에이징

VLAN

Virtual LAN의 줄임말로, 한 대의 스위치로 가상의 LAN을 만드는 방법이다.

스위치에 연결된 호스트들 중에서도 서로 통신이 필요하지 않은 경우가 존재한다. 이 경우 물리적으로 장치들을 분리하려면 스위치 장비를 구매해야하는데 비용이 발생한다. 이를 해결 하기 위해 필요한 것이다.

물리적으로는 같은 네트워크에 있지만 VLAN을 통해 물리적 거리와 관계없이 다른 LAN에 있는 것 처럼 인식한다.

만약 VLAN1이 VLAN2에 통신하고자 하면 네트워크 계층 이상의 상위 계층 장비를 사용해야한다.

또한, 브로드캐스트 도메인도 변경된다.

브로드 캐스트 : 네트워크에서 특정한 데이터를 같은 네트워크에 연결된 모든 장치에 전송하는 통신 방식

 

포트 기반 VLAN

스위치 포트를 기반으로 VLAN을 결정하는 방식은 단순하고 대중적인 방법입니다. 이 방식에서는 특정 포트에 VLAN을 사전에 할당하고, 해당 포트에 호스트를 연결하여 VLAN에 포함시킵니다.

그러나 이 방법은 포트 수가 부족해질 가능성이 있으며, VLAN 스위치를 여러 대 연결해 같은 VLAN 포트를 확장할 수 있지만, 이는 결국 포트 자원의 낭비로 이어질 수 있습니다.

 

VLAN 트렁킹

두대 이상의 VLAN 스위치를 효율적으로 연결하여 확장하는 방법. 스위치 간의 통신을 위한 특별한 포트인 트렁크 포트에 VLAN스위치를 연결하는 방식이다.

  • 스위치 A에 있는 호스트가 스위치 B에 있는 호스트에게 프레임을 넘기려고한다.
  • 스위치 B는 트렁크 포트로 전달받은 프레임이 어떤 VLAN에 속해있는지 기존의 이더넷 프레임 만으로는 알 수 가 없다.
  • 그렇기에 확장된 802.1Q 프레임이라는 확장된 프레임을 사용한다. 이 프레임에는 VLAN 태그가 들어간다.

MAC 기반 VLAN

사전에 설정된 MAC 주소에 따라 VLAN이 설정된다. 포트가 VLAN을 결정하는 것이 아닌 송수신하는 프레임 속 MAC주소가 호스트가 속할 VLAN을 결정하는 방식이다.

 

출처 :

 

혼자 공부하는 네트워크 | 강민철 - 교보문고

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