[혼공학습단 12기 혼공네트🌐] 혼자 공부하는 네트워크 week2

✏️기본 미션

Ch.02(02-1) 확인 문제 2번(p.87), (02-3) 확인 문제 4번(p.111) 풀고 설명하기

 
Ch.02(02-1) 확인 문제 2번(p.87)

• 헤더에는 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트 크기의 정보인 프리앰블이 있습니다.
• 헤더에는 송신지 MAC 주소가 있습니다.
• 트레일러에는 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드인 FCS가 있습니다.

Ch.02 (02-3) 확인 문제 4번(p.111)

• CS (Carrier Sense) : 캐리어 감지
• MA (Mutiple Access) : 다중 접근
• CD (Collision Detection) : 충돌 검출

✏️선택 미션

집에 있는 케이블에 표기된 명칭 표기를 바탕으로 케이블 구조 및 전송속도 가늠해 보기

 
 와이파이 공유기 선의 주요 정보는 다음과 같습니다.

• UTP : 실드가 없는 트위스티드 페어 케이블
• CAT5e : 100MHz 대역폭 지원

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📜내용 정리

Cha02. 물리 계층과 데이터 링크 계층

2.1 이더넷

1) 이더넷 표준 [물리 계층]

- 이더넷(Ethernet) : 유선 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술
- IEEE 802.3 : 이더넷과 관련된 다앙한 표준들의 모음
 

2) 통신 매체 표기 형태 [물리 계층]

- 형태 : 전송 속도BASE- 추가특성 
- 전송 속도 (data rate)

• 숫자만 표기되어 있으면 Mbps 속도, 숫자 뒤에 G가 붙어있으면 Gbps 속도를 의미한다.

- BASE 

• 베이스밴드(BASEband)의 약자로 변조 타입(modulation type)을 의미한다.
• 변조 타입 : 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법

- 추가 특성 (additional distinction)

• 전송 가능한 최대 거리, 물리 계층 인코딩 방식(데이터가 비트 신호로 변환되는 방식), 레인 수(비트 신호를 옮길 수 있는 전송로 수) 등을 명시한다.

3) 통신 매체 종류 [물리 계층]

추가 특성 표시 (통신 매체의 종류)	케이블 종류
C	동축 케이블
T	트위스티드 페어 케이블
S	단파장 광섬유 케이블
L	장파장 광섬유 케이

 

4) 이더넷 프레임 [데이터 링크 계층]

- 이더넷 프레임 (Ethernet frame) : 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임
- 이더넷 프레임은 상위 계층으로부터 받아들인 정보에 헤더와 트레일러를 추가하는 캡슐화 과정을 통해서 만들어진다.
- 수신지에서는 프레임의 헤더와 트레일러를 제거한 뒤 상위 계층으로 올려보내는 역캡슐화 과정을 거친다.
- 헤더는 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이로 구성되고, 페이로드는 데이터,트레일러는 FCS로 구성된다.

(1) 프리앰블 (preamble)
- 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트 크기의 정보
- 첫 7바이트는 1010101010의 값을 가지고, 마지막 바이트는 10101011 값을 가진다.
- 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보
 
(2) 수신지 MAC 주소와 송신지 MAC 주소
- MAC 주소

• 물리적 주소라고도 불림
• 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트 길이의 주소로, LAN 내의 수신지와 송신지를 특정할 수 있다.
• 일반적으로 고유하고, 변경되지 않는 주소로써 네트워크 인터페이스마다 부여된다.
• NIC(Network Interface Controller)라는 장치가 네트워크 인터페이스 역할을 담당한다.

 
(3) 타입/길이
- 타입(type) 혹은 길이(length)가 올 수 있다.
- 타입은 어떤 정보를 캡슐화했는지 나타내는 정보이다.
- 필드에 명시된 크기가 1500 이하일 경우 프레임의 크기(길이)를 나타내는 데 사용된다.
- 1536 이상이면 타입을 나타내는 데 사용된다.

타입	프로토콜
0800	IPv4
86DD	IPv6
0806	ARP

 
(4) 데이터
- 상위 계층에서 전달받거나 상위 계층으로 전달해야 할 내용
- 네트워크 계층의 데이터와 헤더를 합친 PDU가 포함된다.
- 최대 크기는 1500바이트로, 반드시 일정 크기(46바이트 이상)이어야 한다. 해당 크기 이하의 데이터일 경우 크기를 맞추기 위해 패딩(padding)이라는 정보(보통 0)가 내부에 채워진다.
 
(5) FCS (Frame Check Sequence)
- 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드
- 오류 검출 필드로 CRC(Cyclic Redundancy Check, 순환 중복 검사) 값이 들어간다.
- 송신지는 프리앰블을 제외한 나머지 필드 값을 바탕으로 CRC 값을 계산한 후, 이 값을 FCS 필드에 명시한다.
- 수신자는 수신한 프레임에서 프리앰블과 FCS 피드를 제외한 나머지 필드 값들을 바탕으로 CRC 값을 계산한 뒤 이 값을 FCS 필드 값과 비교한다. 
 
cf) 토큰 링 (Token Ring)

• 이더넷 외의 다른 LAN 가술 중 하나
• 호스트끼리 돌아가면서 토큰이라는 특별한 정보를 주고받는 네트워크 
• 토큰이 있어야만 네트워크 내 다른 호스트에게 메시지 송신이 가능하다.

 
 

2.2 NIC와 케이블

1) NIC

- 호스트와 통신 매체를 연결하고, MAC 주소가 부여되는 네트워크 장비
- 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터, LAN 카드, 네트워크 카드 등 다양한 명칭으로 불린다.
- 통신 매체에 흐르는 신호를 호스트가 이해하는 프레임으로 변환하거나 반대로 호스트가 이해하는 프레임을 통신 매체에 흐르는 신호로 변환한다. (네트워크 인터페이스, network interface)
- NIC은 자신과 관련없는 수신지 MAC 주소가 명시된 프레임을                                                                                    
 

2) 케이블 : NIC에 연결되는 물리 계층의 유선 통신 매체

(1) 트위스티드 페어 케이블 (twisted pair cable)
- 구리 선으로 전기 신호를 주고받는 통신 매체
- 케이블 본체와 케이블의 연결부인 커넥터로 이루어져 있다.
- 구리 선으로 이루어져 있기 때문에 노이즈에 민감하다.
 
📌 실드에 따른 트위스티드 페어 케이블 분류
- 차폐(shielding) : 구리 선 주위를 감싸 노이즈를 감소시킨다.

• 브레이드 실드 (braided shield) : 차폐에 사용된 그물 모양의 철사
• 포일 실드 (foil shield) : 차폐에 사용된 그물 모양의 포일

- 케이블 명칭 표시  : XX/YTP (X와 Y에는 U, S, F 명시 가능)

• U : 실드 없음
• S : 브레이드 실드
• F : 포일 실드
• XX에는 케이블 외부를 감싸는 실드의 종류(1~2개)를 명시하고, Y에는 꼬인 구리 선 쌍을 감싸는 실드의 종류를 명시한다.
  • UTP (Unshielded Twisted Pair)
  • STP (Shielded Twisted Pair) 
  • FTP (Foil Twisted Pair)
  • ex) S/FTP, SF/FPT

📌 카테고리에 따른 트위스티드 페어 케이블의 분류
- 카테고리는 트위스티드 페어 케이블 성능의 등급을 구분한다.
- 카테고리는 Cat 으로 표시

특징	Cat5	Cat5e	Cat6	Cat6a	Cat7	Cat8
지원 대역폭	100MHz	100MHz	250MHz	500MHz	600MHz	2GHz
주요 대응 규격	100BASE-TX	1000BASE-T	1000BASE-TX	10GBASE-T	10GBASE-T	40GBASE-T
전송 속도	100Mbps	1Gbps	1Gbps	10Gbps	10Gbps	40Gbps

 
(2) 광섬유 케이블 (fiber optic cable)
- 빛(광신호)을 이용해 정보를 주고받는 케이블
- 전기 신호를 이용하는 케이블보다 속도가 빠르고 장거리 전송이 가능하다.
- 노이즈로부터 간섭받는 영향 또한 적어서 대륙 간 네트워크 연결에 사용된다.
- 케이블 본체와 커넥터로 구성된다.
- 광섬유

• 광섬유의 중심에는 코어(core)가 있다.
• 코어를 둘러싸는 클래딩(cladding)이 있다.
• 클래딩은 코어 안에서만 빛이 흐르도록 가두는 역할을 한다.
• 코어의 지름에 따라 싱글 모드 광섬유 케이블과 멀티 모드 광섬유 케이블로 나눠진다.

- 싱글 모드 광섬유 케이블 (SMF : Singel Mode Fiber)

• 코어의 지름이 8~10㎛ 정도이다.
• 빛의 이동 경로가 하나 이상을 갖기 어렵다
• 신호 손실이 적기 때문에 장거리 전송에 적합하지만 일반적으로 비용이 높다.
• 장파장의 빛을 사용한다.

- 멀티 모드 광섬유 케이블 (MMF : Muliti Mode Fiber)

• 코어의 지름이 50~62.5 ㎛ 정도이다.
• 빛이 여러 경로로 이동할 수 있다.
• 근거리를 연결하는 데 쓰이고, 싱글모드에 비해 단파장의 빛을 사용한다.

 
 

2.3 허브

1) 주소 계층이 없는 물리 계층 

- 물리 계층에는 주소의 개념이 없다.
- 송수신지를 특정할 수 있는 주소는 데이터 링크 계층부터 존재한다.

2) 허브 (Hub)

-  물리 계층의 장비로 여러 대의 호스트를 연결한다.
- 리피터 허브(repeater hub)라 부르기도 하고, 이더넷 네트워크의 허브는 이더넷 허브(Ethernet Hub)라고도 부른다.
- 허브의 특징

• 전달받은 신호를 다른 모든 포트로 그대로 내보낸다.
  • 허브를 통해 신호를 전달받은 모든 호스트는 데이터 링크 계층에서 패킷의 MAC 주소를 확인하고 자신과 관련 없는 주소를 폐기한다.
• 반이중 모드로 통신한다.
  • 반이중(half duplex) 모드는 송수신을 번갈아가면서 하는 방식이다. 

- 콜리전 도메인 (collision domain)

• 동시에 허브에 신호를 송신하면 충돌이 발생한다.
• 허브에 연결된 모든 호스트는 같은 콜리전 도메인에 속한다.
• 콜리전 도메인 문제를 해결하기 위해 CSMA/CD 프로토콜을 사용하거나 스위치 장비를 사용해야 한다.

 
cf) 리피터 : 전기 신호가 감소하거나 왜곡되는 것을 방지하기 위해 전기 신호를 증폭시킨다.
 
3) CSMA/CD
- 반이중 이더넷 네트워크에서 충돌을 방지하는 대표적인 프로토콜

• CS (Carrier Sense) : 캐리어 감지
  • 메시지를 보내기 전에 현재 네트워크 상에서 전송 중인 것이 있는지 먼저 확인한다.
• MA (Mutiple Access) : 다중 접근
  • 복수의 호스트가 네트워크에 접근하는 상황
• CD (Collision Detection) : 충돌 검출
  • 충돌을 감지하면 전송이 중단되고, 충돌을 검출한 호스트는 다른 이들에게 충돌이 발생했음을 알리고자 잼 신호(jam signal)라는 특별한 신호를 보낸다. 임의의 시간동안 기다린 후에 다시 전송한다.

 
 

2.4 스위치

1) 스위치 (Switch)

- 데이터 링크 계층의 네트워크 장비
- 2계층에서 사용하기 때문에 L2 스위치라고도 한다.
- 특징

• MAC 주소 학습 (MAC address  learning)
• 전이중 모드로의 통신을 지원한다.

 

2) MAC 주소 학습 (MAC address  learning)

- 특정 포트와 해당 포트에 연결된 호스트의 MAC 주소와 의 관계를 기억한다.
- 원하는 호스트에만 프레임 전달이 가능하다.
- MAC 주소 테이블 (MAC address table) : 스위치의 포트와 연결된 호스트의 MAC 주소 연관관계를 나타내는 정보
- 학습 방법

• 플러딩(flooding) : 스위치는 송신지 프토를 제외한 모든 포트로 프레임을 전송한다.
• 포워딩(forwarding)과 필터링(filtering) 
  • 필터링 : 스위치는 전달받은 프레임을 어디로 내보내고, 내보내지 않을지 결정한다.
  • 포워딩: 프레임이 전송될 포트에 실제로 프레임을 내보낸다.
• 에이징 (aging)
  • MAC 주소 테이블에 등록된 특정 포트애서 일정 시간 동안 프레임을 전송받지 못했다면 해당 항목은 삭제된다.

 
cf) 브리지 (Bridge)
: 데이터 링크 계층의 장비로 네트워크 영역을 구획하여 콜리전 도메인을 나누거나 네트워크를 확장한다.
 
3) VLAN
- 스위치의 중요한 기능 중 하나로, 한 대의 스위치로 가상의 LAN을 만든다.
- VLAN을 구성하면 한 대의 물리적 스위치라 해도 여러 대의 스위치가 있는 것처럼 논리적인 단위로 LAN을 구획할 수 있다.
- 한 VLAN에 속한 호스트가 브로드캐스트를 하게 되면 다른 VLAN에 속한 호스트에게까지 전달되지 않는다.
 
(1) 포트 기반 VLAN
- 스위치의 포트가 VLAN을 결정한다.
- 사전에 특정 포트에 VLAN읋 할당하고, 해당 포트에 호스트를 연결함으로써 VLAN에 포함시킬 수 있다.
- VLAN 트렁킹 (VLAN Trunking)

• 두 대 이상의 VLAN 스위치를 효율적으로 연결해 확장하는 방법
• 스위치 간의 통신을 위한 특별한 포트인 트렁크 포트(trunk port)에 VLAN 스위치를 서로 연결한다.
• 802.1Q 프레임 : 어떤 VLAN에 속하는지 식별하기 위한 정보까지 추가된 확장 이더넷 프레임 (VLAN 태그 정보 추가)

 
(2) MAC 기반 VLAN
- 사전에 설정된 MAC 주소에 따라 VLAN이 결정된다.
- 포트가 VLAN을 결정하는 것이 아니라 송수신하는 프레임 속 MAC 주소가 호스트가 속할 VLAN을 결정한다.
 
 

🤔느낀 점

장비가 많아서 열심히 정리했던 한 주였습니다! 그림이 꼼꼼해서 이해하기 좋았습니다.