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4장 데이터링크 계층, MAC 주소로 통신하는 단계

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By 이건학
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데이터링크 계층

데이터링크계층의 역할

  • 데이터를 관리하고 전달하는 계층으로, 데이터 전송의 신뢰성과 효율성에 중요한 역할을 한다.
  • 데이터를 작은 프레임 단위로 분할하고, MAC주소를 활용하여 장비를 식별한다.
  • 데이터가 동시에 전달 될 경우, 충돌을 및 오류를 탐지하고 충돌관리 및 수정하는 역할을 한다.
  • 오류를 감지하거나 수정하는 방식으로는 회선제어, 오류제어, 흐름제어가 있다.

1. 회선제어

정의

  • 오류를 감지하기보다는 회피하는 방법으로 신호간 충돌현상이 발생하지 않도록 제어한다.
  • 신호의 시작 ENQ(Enquiry)와 끝 EOT(End of Transmission)을 지정하여 신호간 충돌을 피한다. image

2. 오류제어

정의

  • 송수신데이터가 외부 간섭, 시간지연등에 의해 데이터가 변형되거나 순서가 어긋나는 등의 통신 장애가 발생하지 않도록 오류를 검출하고 정정하여 통신에 대한 신뢰성을 확보하는 방법이다.

종류

  • 패러티검사 : 수신자에게 보내는 최종 데이터의 1의 개수를 짝수(even parity)개 혹은 홀수(odd parity)개로 보낼지 송,수신자가 미리 약속을 하고 여분의 비트(패리티비트)를 채워 보내는 방법
  • CRC검사 : 데이터에 CRC코드를 추가하여 오류를 감지하는 방법으로, 송신자가 CRC코드를 생성하고 수신자 측에서도 동일한 계산을 수행하여 일치 여부를 확인하는 방법
  • 검사합 : 데이터의 각 바이트값을 더하거나 연산하여 생성되는 값을 송신자와 수신자가 비교하여 동일한지 검사하는 방법

3. 흐름제어

정의

  • 송신자와 수신자의 데이터 처리속도 차이를 해결하기 위해 수신자 상황에 따라 송신자의 데이터 전송량을 조정하는 방법
  • 수신자가 ACK(데이터를 받았다는 메세지)를 보내야 송신자가 다음 데이터를 보낸다.

이더넷

이더넷이란

  • 다수의 컴퓨터, 허브, 스위치 등을 하나의 인터넷 케이블에 연결한 네트워크 구조
  • CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 프로토콜을 사용

1. CSMA/CD

  • 데이터 송신시 충돌을 방지하기 위해 전류의 강도를 확인해 케이블의 사용 유무를 확인하고 데이터를 전송하는 프로토콜

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MAC주소

MAC이란

  • Media Access Control 주소로 랜카드에 할당된 값이며, 48비트로 이루어진 고유한 값이다.
  • OUI(Organizational Unique Identifier) : 상위 24비트에 할당되며 랜카드 제조사에 부여된 코드이다.

  • UAA(Universally Administrered Address) : 제조사가 랜카드에 부여한 고유번호이다. image

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3

    8bit 단위로 하이픈(-)이나 콜론을(:) 사용해 16진술로 표기한다.
1C-1B-B5-08-A4-26
1C:1B:B5:08:A4:26

1. MAC주소의 활용

1) 프레임의 구조

  • OSI7의 2계층에서는 MAC주소를 헤더에 넣어 프레임을 생성한다.
  • 송신자의 MAC주소와 수신자의 MAC주소를 포함하여 헤더를 생성한다.

  • 이더넷 헤더에는 이 MAC주소값과 프로토콜 정보를 추가하여 송신한다.

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2) 프로토콜의 종류

  • 프로토콜에는 IPv4, ARP, IPv6가 있다.
  • IPv4 : 현재 사용되고 있는 일반적인 32비트의 IP 주소
  • IPv6 : IPv4주소 부족문제를 해결하기 위한 128비트의 IP주소
  • ARP : IP주소와 MAC주소를 매핑해주는 프로토콜

3) ARP를 이용하여 MAC주소를 얻는 과정

  • ARP(Address Resolution Protocl)은 IP주소와 MAC주소를 매핑하여 MAC주소를 알아낸다.

  • PC -> 허브 -> 라우터 -> 허브 -> PC 순으로 진행된다.

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    컴퓨터 A(IP주소 192.168.0.2)가 컴퓨터 B(IP주소 192.168.0.3)에게 데이터를 전송하려한다.
    1. 컴퓨터 A는 같은 허브에 묶여 있는 모든 컴퓨터에게 192.168.0.3이라는 IP주소의 MAC주소를 묻는다.
      (모든 컴퓨터에게 질의 하는 행위를 브로드캐스트라고 하며, MAC주소를 묻는 것을 ARP요청이라고 한다.)
    2. 허브에 묶여 있는 컴퓨터는 자신의 IP와 192.168.0.3과 비교를 하고, 최종적으로 컴퓨터B가 자신의 MAC주소를 전달한다.
      (이것을 ARP응답이라고 한다.)
    3. ARP응답을 받은 컴퓨터 A는 B의 IP와 MAC주소를 테이블로 정리하여 저장한다.
      (이 테이블을 ARP테이블 이라고 한다.)
    4. 이러한 과정을 통해 컴퓨터 A는 컴퓨터 B와 통신을 할 수 있게 된다.

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스위치의 구조

1. 스위치의 구조

  • 스위치는 허브와 동일한 기능을 수행하지만, 모든 송수신 데이터를 모든 컴퓨터에 전송하는 허브와 달리 특정 컴퓨터와만 송수신을 하는 구조이다.

  • 소규모 네트워크 안에서 컴퓨터, 프린터 등 모든 장칠르 서로 연결해서 데이터를 쉽게 공유할 수 있는 장비

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2. 스위치에서 MAC테이블 관리 하기

  • 스위치는 연결된 컴퓨터들 및 다른 장비들의 MAC주소를 관리한다. image

1) 플러딩

  • 플러딩 : 스위치에 물려있는 모든 컴퓨터에 데이터를 보내는 것을 말한다.
  • 플러딩이후에 MAC테이블은 자신의 MAC테이블을 업데이트한다.

2) 필터링

  • 필터링 : 스위치를 통해 전달 받은 주소를 통해 송수신 컴퓨터끼리만 통신을 하는 것을 말한다.

전송 방향에 따른 통신 방식

  • 단방향통신(Simplex Transmission) : 선로가 하나만 있어 일방향 통신만 가능한 통신을 말한다.
  • 채널(Channel) : 컴퓨터가 통신을 하는 선로를 말한다.
  • 양방향 통신(Duplex Transmission) : 하나의 통신 채널에서 송수신이 모두 가능한 방식을 말한다.

1. 양방향 통신의 종류

  • 반이중통신(Half Duplex) : 양방향에서 통신이 가능하지만, 동시에 통신을 할 수 없는 방식
    • 송신과 수신을 번갈아가며 통신을 하기 때문에 전송속도가 빠르다.
    • 채널을 하나만 사용하기 때문에 충돌 문제가 있다.
    • 주로 허브에서 사용한다.
    • 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위를 충돌 도메인(Collision Domain)이라고 한다.
    • 반이중통신에서 하나의 허브에 연결된 모든 컴퓨터 들은 충돌 도메인이 된다.

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  • 전이중통신(Full Duplex) : 채널을 2개 두어서 양쪽방향에서 동시에 데이터를 주고 받을 수 있는 방식
    • 채널을 2개 사용하기 때문에 충돌문제에서 자유롭다.
    • 주로 스위치에서 사용하는 방식이다.

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network
network, sc기초
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