[혼공네트] Ch02. 물리 계층과 데이터 링크 계층

※ 본 포스트는 [강민철, 『혼자 공부하는 네트워크』, 한빛미디어] 복습을 위해 작성된 글입니다.

※ 비영리적인 순수한 학습 기록용이며, 원저작물의 권리는 저자 및 출판사에 있습니다.

※ 저작권 문제가 있을 경우, 즉시 수정 또는 삭제하겠습니다.

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1️⃣ 이더넷

01. 이더넷 표준

• 이더넷(Ethernet)
  현대 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술
  • 연결 매체의 규격, 송수신되는 프레임의 형태 등
• IEEE 802.3
  이더넷 관련 표준 규격들의 집합

02. 통신 매체 표기 형태

• 통신 매체 표기

  • 전송속도 BASE - 추가 특성

    종류	역할
    BASE	베이스밴드(BASEband)의 약자, 변조 타입 의미
    추가 특성	통신 매체의 특성 명시

03. 이더넷 프레임

• 이더넷 프레임
  이더넷 네트워크에서 송수신되는 프레임

  • 프리앰블 + 수신지 MAC 주소 + 송신지 MAC 주소 + 타입/길이 + 데이터 + FCS

    종류	역할
    프리앰블	이더넷 프레임의 시작을 알리는 정보
    MAC 주소	네트워크 인터페이스마다 부여되는 물리적 주소
    NIC	호스트와 통신매체 사이의 인터페이스 역할을 담당하는 네트워크 장비
    타입/길이	타입/길이 명시, 이더타입
    데이터	상위 계층에서 정달받거나, 상위 꼐층으로 전달 해야할 내용, 패딩
    FCS	수신한 이더넷 프레임 오류 확인, CRC(순환 중복 검사)

※ <좀 더 알아보기> - 토큰 링

• 토큰
  네트워크 내 다른 호스트에게 메시지를 송신하기 위해 반드시 필요한 정보
  • 네트워크의 호스트들이 링 형태로 연걸 -> '토큰'이라는 정보를 주고 받음
  • 토근이 없으면 메시지 송신 불가

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2️⃣ NIC와 케이블

01. NIC

• NIC(Network Interface Controller)
  호스트와 유무선 통신 매체를 연결하고, MAC 주소가 부여되는 네트워크 장비
  • 네트워크 인터페이스 역할 수행

02. 트위스티드 페어 케이블

• 트위스티드 페어 케이블(Twisted Pair Cable)
  구리 선을 통해 전기 신호를 주고 받는 유선 통신 매체
• 노이즈
  전기 신호를 왜곡시킬 수 있는 간섭
  • '차폐'를 통해 노이즈 감소
• 실드에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류
  • 실드없음(U), 브레이드 실드(S), 포일 실드(F)
• 카테고리에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류
  • 카테고리(Cat)
    케이블 성능의 등급을 구분하는 역할

03. 광섬유 케이블

• 광섬유 케이블(Fiber Optic Cable)
  광섬유를 통해 광신호를 주고 받는 유선 통신 매체

  종류	방식
  코어	광섬유의 중심, 광섬유에서 빛이 실질적으로 흐르는 부분
  클래딩	빛을 코어 안에서만 흐르도록 가두는 역할

  • 코어의 지름에 따라 싱글 모드/멀티 모드로 구분

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3️⃣ 허브

01. 주소 개념이 없는 물리 계층

• 주소
  데이터의 송수신지를 특정할 수 있는 개념

  • 물리 계층에는 주소 개념이 없음

• 허브
  여러 대의 호스트를 연결할 수 있는 물리 계층 장비

  • 포트
    호스트와 연결된 통신 매체를 연결

    • 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 다시 내보냄
    • 반이중 모드로 통신함

    종류	방식
    반이중(Half Duplex)	한 번에 한 방향으로만 전송 가능
    전이중(Full Duplex)	동시에 양방향으로 전송 가능

  • 충돌(Collision)
    동시에 허브에 신호를 송신하면 발생

• 콜리전 도메인(Collision Domain)
  충돌 발생 가능성이 있는 영역

  • 허브에 연결된 모든 호스트는 같은 콜리전 도메인에 속함

02. CSMA/CD

• CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
  반이중 이더넷 네트워크에서 충돌을 방지하는 대표적인 프로토콜
  • 캐리어 감지(Carrier Sense)
  • 다중 접근(Multiple Access) 및 충돌
  • 충돌 검출(Collision Detection) 및 전송 중단
  • 잼 신호(Jam Signal) 전송

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4️⃣ 스위치

01. 스위치

• 스위치(Switch)
  포트 별로 콜리전 도메인을 나누며, 전이중 모드 통신을 지원하는 데이터 링크 계층의 장비
  • MAC 주소 학습
    특정 포트와 이에 연결된 호스트의 MAC 주소 간의 관계를 기억
  • MAC 주소 테이블
    MAC 주소 학습을 위한 정보를 메모리에 표 형태로 기억

02. MAC 주소 학습

• 플러딩(Flooding)
  송신지 포트를 제외한 모든 포트로 프레임 전송
  • 초기에는 MAC 주소 테이블에 정보가 없기에 실행되는 기능
• 필터링(Filtering)
  전송 받은 프레임의 송신 여부를 결정하는 스위치의 기능
• 포워딩(Forwarding)
  프레임이 전송될 포트에 실제로 프레임을 내보내는 것
• 에이징(Aging)
  MAC 주소 테이블에 등록된 픅정 포트에서 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못했다면 해당 항목은 삭제됨

03. VLAN

• Virtual LAN
  한 대의 스위치로 가상의 LAN을 만드는 방법

  • 포트 기반 VLAN
    스위치의 포트가 VLAN을 결정하는 방식

    • 사전에 특정 포트에 VLAN 할당

    종류	방식
    VLAN 트렁킹	두 대 이상의 VLAN스위치를 효율적으로 연결하여 확장하는 방법
    트렁크 포트	스위치 간의 통신을 위한 특별한 포트

  • MAC 기반 VLAN
    사전에 설정된 MAC 주소에 따라 VLAN을 결정하는 방식

    • 송수신하는 프레임 속 MAC 주소가 호스트가 속할 VLAN 결정

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📚 회고

이번 2장은 물리 계층(L1)과 데이터 링크 계층(L2)에 대한 챕터였다. 이미 '데이터 통신' 과목을 통해 한 학기 동안 깊이 학습했던 내용이라, 전반적으로 익숙하고 부담 없이 읽을 수 있는 장이었다. 다만, 단순히 외웠던 개념을 넘어서 이번 장을 통해 개념들이 어떤 계층에 속하는지, 각 계층에서 어떤 역할을 하는지를 다시금 정리해볼 수 있었다.