[책리뷰] 혼자 공부하는 네트워크 ch2.1 이더넷

02-1 이더넷

• 물리 계층과 데이터 링크 계층은 이더넷이라는 공통된 기술이 사용되기 때문에 서로 밀접하게 관련되어 있음

이더넷

• 유선 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술로 케이블 등의 다양한 통신 매체의 규격들과 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고 받는 방법 등이 정의된 네트워크 기술

이더넷 표준

• 유선 LAN 환경에서는 대부분 물리 계층에서는 이더넷 규격 케이블을 사용하고, 데이터 링크 계층에서 주고 받는 프레임은 이더넷 프레임의 형식을 따름
• 이더넷은 국제적으로 표준화가 이루어져 IEEE 802.3이라는 이름으로 불림. 서로 다른 컴퓨터가 각기 다른 제조사의 네트워크 장비를 사용해도 이더넷 표준을 준수하면 서로 통일된 형태로 통신할 수 있음

통신 매체 표기 형태

• 이더넷 표준에 따라 통신 매체의 종류과 전송 속도가 달라질 수 있는데 속도와 특성을 한눈에 파악하기 쉽도록 아래와 같은 형태로 표기

전송 속도 BASE-추가특성

1. 전송 속도(data rate)

• 숫자만 표기되어 있으면 Mbps, 숫자 뒤에 G가 붙는 경우 Gbps 속도를 의미
  • 1000Base-T 케이블은 1000Mbps 속도를 지원하는 케이블
  • 10GBase-T 케이블은 10Gbps 속도를 지원하는 케이블

2. BASE

• 베이스 밴드(BASEband)의 약자로, 변조 타입(modulation type)을 의미
  • 변조타입 : 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법으로 대부분 디지털 신호를 송수신하는 베이브밴드 방식을 사용

3. 추가특성

• 다양한 추가적인 특성을 표현
• 10BASE-2, 10BASE-5와 같이 전송 가능한 최대 거리가 명시
• 데이터가 비트 신호로 변환되는 방식을 의미하는 물리 계층 인코딩 방식이 명시되기도 하고 (EX) 1000BASE-CX)
• 비트 신호를 옮길 수 있는 전송로 수를 의미하는 레인 수가 명시되기도 함 (ex) 100GBASE-LR4)

통신 매체 종류

• 가장 대중적인 통신 매체의 종류 예시로 추가 특성에 C, T, S, L이라는 글자가 있음
  • C: 동축 케이블
  • T: 트위스티드 페어 케이블
  • S: 단파장 광섬유 케이블
  • L: 장파장 광섬유 케이블

이더넷 프레임(Ethernet frame)

• 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임 형식으로 상위 계층으로부터 받아들인 정보에 헤더와 트레일러를 추가하는 캡슐화 과정을 통해 만들어짐
• 헤더는 기본적으로 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이로 구성되고, 페이로드는 데이터, 트레일러는 FCS로 구성

프리엠블 (preamble)

• 서두를 뜻하고, 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트(64비트) 크기의 정보임
• 첫 7바이트는 10101010 값을 가지고, 마지막 바이트는 10101011 값을 가짐. 수신지는 이 프리엠블을 통해 이더넷 프레임이 오고 있음을 알아차림

수신지 MAC 주소와 송신지 MAC 주소

• MAC 주소란 Media Access Control address로 ‘물리적 주소’라고도 불림
• 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트(48비트) 길이의 주소로 LAN 내의 수신지와 송신지를 특정할 수 있음
• 보통 NIC(Network Interface Controller)라는 장치가 네트워크 인터페이스 역할을 하는데 한 컴퓨터에 NIC가 여러개 있다면 MAC주소도 여러개 있을 수 있음
• 아래의 명령어로 컴퓨터의 MAC 주소를 직접 확인할 수 있음
  • Windows: ipconfig /all
  • 맥OS 나 리눅스 운영체제: ifconfig (결과 예시 bc:d0:74:61:fd:3c)

$ ifconfig 
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
	options=6460<TSO4,TSO6,CHANNEL_IO,PARTIAL_CSUM,ZEROINVERT_CSUM>
	ether bc:d0:74:61:fd:3c
	inet6 fe80::1c94:978d:432:1cdf%en0 prefixlen 64 secured scopeid 0xf 
	inet 172.30.1.5 netmask 0xffffff00 broadcast 172.30.1.255
	nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
	media: autoselect
	status: active

타입/길이

• 필드에 명시된 크기가 1500(16진수 05DC) 이하인 경우 프레임의 크기(길이)를 나타냄
• 크기가 1536(16진수 0600) 이상인 경우 타입을 나타냄
• 타입이란 이더넷 프레임이 ‘어떤 정보를 캡슐화했는지’를 나타내는 정보로 이더타입(ethertype)이라고도 부름
• 대표적으로 상위 계층에서 사용된 프로토콜의 이름이 명시됨
  • 0800: IPv4
  • 86DD: IPv6
  • 0806: ARP

데이터

• 상위 계층에서 전달받거나 상위 계층으로 전달해야 할 내용으로 최대 크기는 1500 바이트
• 항상 46 바이트 이상이어야 하며 그 이하의 데이터인 경우믄 크기를 맞추기 위해 패딩(padding)이라는 정보가 내부에 채워짐. 보통 0으로 채워짐

FCS

• Frame Check Sequence로 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 체크하기 위한 필드
• 이 필드에는 CRC(Cycle Redundancy Check) 라 불리는 오류 검출용 값이 들어가는데 송신지는 프리엠블을 제외한 나머지 필드 값들을 바탕으로 CRC 값을 계산 후 FCS에 명시
• 수신지는 수신한 프레임에서 프리앰블과 FCS 필드를 제외한 나머지 필드 값을 바탕으로 CRC 값을 계산한 뒤, 이 값을 FCS와 비교하여 일치 하지 않으면 프레임을 폐기