Every CS - Network 02 - 물리 계층과 데이터 링크 계층

Network 02 - 물리 계층과 데이터 링크 계층

01. 이더넷

이더넷이란 통신 매체를 통해 신호를 송수신하는 방법, 데이터 링크 계층에서 주고받는 데이터 형식등이 정의된 기술을 말한다.
현재 대부분의 LAN은 이더넷을 기반으로 구현되어 있다.

이더넷 표준

이더넷은 IEEE 802.3이라는 이름으로 국제 표준화된 기술이다.
IEEE 802.3은 '이더넷과 관련된 다양한 표준들의 모음'이라고 할 수 있고, 뒤의 알파벳을 통해 버전을 나타낸다.

이더넷의 종류를 외울 필요는 없다.
밑의 2가지만 기억하면 된다.

• 오늘날의 LAN 대부분이 이더넷 표준을 따르기 때문에 대다수의 LAN 장비들이 특정 이더넷 표준을 따른다.
• 이더넷 표준이 달라지면 통신 매체의 종류를 비롯한 신호 송수신 방법, 나아가 최대 지원 속도가 달라질 수 있다.

이더넷 프레임

이더넷 프레임이란 이더넷 기반의 네트워크에서 주고받는 프레임을 말한다.
오늘날 주로 사용되는 이더넷 프레임은 Ethernet II 프레임이라고도 부른다.
프레임의 구성요소에는 프리앰블, 송수신지 MAC주소, 타입/길이, 데이터, FCS 등이 있다:

1. 프리앰블

프리앰블은 송수신지 동기화를 위해 사용되는 64비트 크기의 정보이다.
데이터가 전송되기 전에 송신기와 수신기가 서로 동기화하도록 돕는다.

2. 송수신지 MAC 주소

MAC 주소는 프레임에서 매우 중요한 정보이다.
송신지와 수신지를 특정하는 MAC 주소가 명시되며 콜론으로 구분된 12자리 16진수로 구성되어 있다.
예시: '00:1A:2B:3C:4D:5E'

3. 타입 / 길이

이 필드는 데이터의 길이 또는 데이터 타입을 나타낸다.

• 값이 1500 이하인 경우: 프레임의 크기를 나타냄
• 값이 1536 이상인 경우: 상위 프로토콜 타입을 나타냄 (예: IPv4는 0x0800)

4. 데이터

데이터 필드에는 페이로드가 포함된다.
최대 크기는 1500바이트로 제한되며, 필요한 경우 패딩 데이터가 추가될 수 있다.

5. FCS (Frame Check Sequence)

FCS는 프레임의 트레일러 필드로, 오류 검출을 위해 사용된다.
CRC(순환 중복 검사) 값이 저장되어 있어, 수신 측에서 프레임의 무결성을 확인할 수 있다.

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02. 유무선 통신 매체

1. 유선 매체 - 트위스티드 페어 케이블

트위스티드 페어 케이블은 두 개의 절연된 구리선을 꼬아서 만든 유선 매체이다.
전송 간섭과 외부 노이즈를 줄이기 위해 꼬아 놓은 구조를 가지고 있다.
주로 Ethernet에서 사용되며, 카테고리에 따라 최대 전송 속도가 다르다.

• Cat5e: 최대 1Gbps
• Cat6: 최대 10Gbps

2. 무선 매체 - 전파와 WIFI

무선 통신 매체는 전파를 이용해 데이터를 전송한다.
Wi-Fi는 IEEE 802.11 표준을 기반으로 하며, 주파수 대역(2.4GHz 또는 5GHz)에 따라 전송 속도와 범위가 달라진다.

• 2.4GHz: 넓은 범위, 낮은 속도
• 5GHz: 좁은 범위, 높은 속도

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03. 네트워크 인터페이스: NIC

NIC(Network Interface Card)는 컴퓨터와 네트워크를 연결하는 물리적 인터페이스이다.
NIC는 데이터 링크 계층과 물리 계층 모두에 해당하며, 다음과 같은 주요 기능을 한다:

• MAC 주소 제공
• 데이터 프레임 송수신
• 네트워크 프로토콜 처리

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04. 허브와 스위치

1. 물리 계층의 허브

허브는 네트워크에서 데이터를 단순히 재전송하는 장치로, 물리 계층에 속한다.
허브는 수신된 데이터를 모든 포트로 전송하므로, 네트워크 트래픽이 많아질수록 충돌이 발생할 가능성이 높다.

2. 데이터 링크 계층의 스위치

스위치는 데이터 링크 계층에서 동작하며, MAC 주소를 기반으로 데이터를 전달한다.
스위치는 허브와 달리 데이터를 특정 포트로만 전송하므로, 네트워크 효율성이 높아진다.
또한 충돌 도메인을 분리하여 충돌 문제를 줄일 수 있다.