[혼공네] 2장 물리 계층과 데이터 링크 계층 - (1)

2-1. 이더넷(Ethernet)

이더넷 표준

• 오늘날의 현대 유선 LAN 환경은 대부분 이더넷(Ethernet) 기술을 기반으로 구성되어 있다. (무선은 WIFI)
  • 즉, 물리 계층에서는 이더넷 규격의 케이블을 사용하고, 데이터 링크 계층에서는 이더넷 프레임 형식에 따라 데이터를 주고받는다.
  • 이더넷 표준을 준수한 덕분에 서로 다른 네트워크 장비들끼리 원활하게 통신할 수 있는 것이다.
• 이더넷이란 다양한 통신 매체의 규격들과 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고받는 방법 등이 정의된 네트워크 기술이다.
• 이더넷 관련한 다양한 기술(표준)들은 IEEE(전기전자공학자협회)에 의해 IEEE 802.3이라는 이름으로 표준화했다.
  • IEEE 802.3u : 최대 100Mbps 속도를 지원하며, BASE를 이용하는 트위스티드 페어 케이블(100BASE-TX) 
  • IEEE 802.3ab : 최대 1000Mbps 속도를 지원하며, BASE를 이용하는 트위스티드 페어 케이블(1000BASE-T)

통신 매체 표기 형태

- 이더넷 표준 규격에 따라 구현된 통신 매체를 지칭할 때는 통신 매체의 속도와 특성을 한눈에 파악하기 쉽도록 다음과 같은 형태로 표기함.

- 전송 속도, BASE, 추가특성으로 이루어짐

1. 전송 속도

- 케이블이 지원하는 전송 속도를 의미한다

전송속도 표기	의미
10	10Mbps
100	100Mbps
1000	1000Mbps(1Gbps)
2.5G	2.5Gbps
10G	10Gbps
100G	100Gbps

• 케이블에서 100Base-T 케이블은 100Mbps를 지원하는 케이블을 의미함.

2. BASE

• 베이스밴드의 약자로, 변조 타입을 의미한다.
  • 변조 타입 : 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법을 의미
• 대부분의 이더넷 통신 매체는 BASE를 이용
  • EX) 1000BASE-CX

3. 추가 특성

• 통신 매체의 특성들이 명시된다.
  • 전송가능한 최대 거리
  • 물리 계층 인코딩 방식
  • 레인 수 (비트 신호를 옮길 수 있는 전송로 수를 의미)
  • 통신매체의 종류
• EX) 1000BASE-LR4
  • L : 장파장 광섬유 케이블
  • R : 물리 계층에서의 인코딩 방식
  • 4 : 비트를 전송할 전송로(레인) 수

통신 매체 종류

추가 특성에 적히는 통신 매체 종류에는 크게 4가지가 있다. 

통신 매체의 종류 케이블 종류

C	동축 케이블
T	트위스티드 페어 케이블
S	단파장 광섬유 케이블
L	장파장 광섬유 케이블

• 100BASE-T 케이블 : 100Mbps를 지원하는 트위스티드 페어 케이블

이더넷 프레임

이더넷 프레임은 데이터 링크 계층에서 주고받는 프레임 형식이 정해져 있는데, 상위 계층에서 받아드린 정보에 헤더와 트레일러를 통해서 물리 계층으로 보내고, 수신지는 물리 계층에서 받아드린 정보에서 헤더와 트레일러를 제거한 뒤 상위 계층을 보내지게 된다.

• 헤더 : 프리앰블, 수신지/송신지MAC 주소, 타입/길이
• 트레일러 : FCS

이더넷 프레임

헤더

프리앰블

• 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트 크기의 정보
• 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보

송신지/수신지 MAC 주소

• MAC 주소 : 네트워크 인터페이스(NIC)마다 부여되는 6바이트 길이의 주소로, LAN 내의 수신지와 송신지를 특정할 수 있게 해준다.

타입/길이

• 이더넷 프레임의 상위 계층에서 이용된 프로토콜(타입)을 나타내거나, 프레임의 페이로드의 길이를 나타내는 역할을 한다.
  • 값이 1500(0x05DC) 이하인 경우에는 페이로드의 길이를 의미하며, 1536(0x0600) 이상인 경우에는 상위 계층 프로토콜의 타입을 나타낸다.
  • 타입 값 예시 : 0800 : IPv4, 86DD : IPv6, 0806 : ARP 등...

트레일러

FCS (Frame Check Sequence)

• 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드로, 데이터 링크 계층에서의 역할인 오류 검출을 담당한다.
• 이 필드에는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 라 불리는 오류 검출용 값이 저장된다.
• 송신 측에서는 프리앰블을 제외한 나머지 모든 필드의 데이터를 바탕으로 CRC 값을 계산하여 FCS에 기록하고,
  수신 측에서도 동일한 방식으로 CRC 값을 계산한 뒤, 수신한 FCS 값과 불일치할 경우 프레임을 폐기한다.

2-2. NIC와 케이블

NIC

• 통신 매체(전기, 빛)를 통해서 전달되는 신호를 컴퓨터가 이해할 수 있도록 변환을 담당하는 네트워크 장비
• 장비에 장착된 NIC마다 MAC 주소가 부여된다.

케이블 1. 트위스티드 페어 케이블

• 구리선으로 전기 신호를 주고받는 통신 매체로, 케이블 본체와 케이블 연결부인 커넥터로 이루어져 있다.
• 구리선으로 이루어진 상태에서 전기 신호를 주고받다보면 전자적 간섭이 생겨 노이즈가 발생할 수 있음.
• 그래서 구리 선을 그물 모양 철사(브레이드 실드) 또는 포일(포일 실드)로 감싸 보호하는 경우가 많음.

케이블 분류

• STP(Shielded Twisted Pair) 케이블 : 브레이드 실드로 구리선을 감싸 노이즈를 감소시킨 케이블
• FTP(Foil Twisted Pair) 케이블 : 포일 실드로 노이즈를 감소시킨 케이블
• UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블 : 아무것도 감싸지 않고, 그냥 구리선만 있는 케이블

케이블 2. 광섬유 케이블

• 빛(광신호)를 이용해 정보를 주고받는 케이블
• 속도도 빠르고, 노이즈 간섭도 적다.

광케이블 커넥터 종류

싱글 모드 광섬유 케이블

• 코어의 지름이 작아 빛의 이동 경로가 하나인 케이블로, 케이블 색상이 대부분 노란색 또는 파란색이다.

멀티 모드 광섬유 케이블

• 코어의 지름이 커서 빛의 이동 경로가 여러개인 케이블로, 케이블 색상이 대부분 주황색 또는 하늘색이다.