물리, 데이터링크 계층 - 이더넷, NIC, 허브, 스위치

이더넷이란?

이더넷(Ethernet) 은 물리 계층과 데이터 링크 계층에서의 규격을 정의해 둔 것이다. 예를 들어 데이터 링크 계층에서 주고받는 데이터의 단위인 프레임의 구조라거나, MAC주소의 구조 등이 정의되어 있다.

현대 대부분의 LAN은 이더넷을 기반으로 구현되어 있다. 그러면 앞서 말한 프레임에 대해 먼저 살펴보도록 하자.

이더넷 표준에 따르면 프레임은 프리앰블, 스타트 프레임 딜리미터, 목적지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 상위계층정보/데이터 길이, 페이로드, FCS(Frame Check Sequence)가 포함되어 있다.

프리앰블은 송신자와 수신자의 클럭(타이머)를 맞추기 위함이다. 수신자는 프리앰블을 통해 송신자의 클럭을 파악하고 동기화한다.

스타트 프레임 딜리미터(SFD, Start Frame Delimiter)는 프레임의 시작을 표시한다.

DA와 SA는 각각 Destination MAC Address(목적지 MAC 주소) 와 Source Mac Address(수신지 MAC 주소)를 의미한다. 참고로 이 MAC 주소는 네트워크 인터페이스마다 하나씩 부여되는 주소이다. 따라서 NIC가 여러개라면 한 호스트가 여러 개의 MAC 주소를 가질 수도 있다.

Length/Type는 상위 계층 정보나 데이터 길이를 의미하고 Payload는 실제 데이터를 의미한다. 마지막으로 FCS는 Frame Check Sequence로, 오류 검출에 사용된다. 이곳에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)라는 오류 검출용 값이 명시되는데, 송신지에서 CRC값을 계산해 보내고, 수신지에서 CRC값을 계산해 둘을 대조함으로서 오류 여뷰를 판별한다.

 

NIC

이제 네트워크 인터페이스에 대해 알아보자. 네트워크 인터페이스는 네트워크로 향하는 통로이다. 컴퓨터와 네트워크 사이에 존재하는 하드웨어이다. 일반적으로 NIC(Network Interface Card)가 네트워크 인터페이스를 담당한다. 요즘은 메인보드에 내장된 형태가 가장 흔하다고 한다.

이 네트워크 인터페이스는 우리가 알고 있는 0,1로 표현된 신호들을 빛 또는 전기 신호로 바꿔준다. 또 받은 빛, 전기 신호를 0, 1로 바꿔주기도 한다.

 

허브

허브와 물리계층의 대표적인 네트워크 장치이다. 요즘은 허브 대신 스위치를 사용하는 경우가 많지만 전이중/반이중 통신과 브로드캐스트 통신의 특징을 익히기 위해 짚어보고 넘어가야한다.

허브는 아래와 같이 생겼는데 커넥터가 꽂히는 부분을 포트라고 한다. (TCP에서의 포트와는 다르다.) 먼저 허브는 전달받은 신호를 모든 포트로 내보낸다는 특징이 있다.

또 하나의 중요한 특징은 허브는 반이중 통신을 한다는 것이다. 반이중 통신이란 송신/수신을 번갈아 가며 수행해야 하는 통신 방식이다. 즉 동시 송수신이 불가능하다.

 

스위치

앞서 봤던 허브와 다르게, 데이터 링크 계층의 스위치는 전달받은 신호를 목적지와 연결된 포트로만 내보내고, 전이중 모드를 지원한다. 즉 동시 송/수신이 가능하다.

이러한 스위치의 기능은 크게 2가지가 있다.

MAC주소 학습
프레임 속 MAC 주소를 토대로 포트-MAC주소의 연결 관계를 테이블의 형태로 메모리에 저장한다. 이를 통해 원하는 호스트에만 신호를 보낼 수 있다.

VLAN
호스트들을 논리적인 네트워크로 나눌 수 있다.