네트워크 - 네트워크(물리, 데이터링크 계층)

 

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 아래의 OSI 7계층에서 맨 아래부터 1~7계층이라고 하며 이 중에서 물리, 데이터링크는 각 각 1,2계층입니다.

 

 

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1.  1계층(물리계층)

 네트워크에서 물리계층이란 데이터를 전기신호로 바꾸고 전송하는 계층을 말합니다. 즉, 실제로 데이터를 보내는 담당을 합니다. 다음은 물리계층과 관련된 장치들입니다.

 

- 케이블

 

 1) UTP케이블

 

 UTP(Unshielded Twisted Pair)는 쉴드로 감싸지 않은 꼬인 구리선의 의미로 송신용, 수신용으로 구분되어져 있습니다.

이때문에 전 이중 통신이 가능합니다.(송수신 둘다 가능) 가격이 저렴하고 성능도 준수해서 많이 쓰입니다.

 

 

 

2) 동축 케이블

 

 자기장 간섭이 적어서 UTP케이블보다 먼 거리 송수신 가능, 단 선이 1개라서 반 이중 통신만 가능합니다.

 

 

3) 광 케이블

 빛을 이용하는 케이블로, 전기를 이용하는 것보다 더 많이, 더 빨리 전송할 수 있습니.

 

 

- 리피터(Repeater)

  리피터란 신호를 증폭시켜서 먼 거리에서도 송수신이 가능하게 만드는 장치입니다.

 서로 연결된 지점에서 거리가 멀 수록 신호가 왜곡될 확률이 높습니다. 따라서 이 왜곡된 신호를 리피터가 복원시켜, 먼 거리를 송수신하게 해줍니다.

 

 

- 허브(Hub)

 

허브의 역할

 

 허브는 네트워크 내에서 여러 컴퓨터나 장치들을 연결하는 중심 장비로, 연결된 모든 장치에 데이터를 브로드캐스트하는 역할을 합니다. 허브는 물리적 계층에서 작동하며, 신호를 증폭하는 기능도 가지고 있어 네트워크의 전송 거리를 연장할 수 있습니다. 그러나 허브를 통한 모든 데이터 전송은 브로드캐스트 방식이기 때문에 네트워크 충돌의 위험이 있으며, 이를 관리하기 위해 CSMA/CD 프로토콜을 사용하여 충돌을 감지하고 해결합니다. 이로 인해 허브는 반 이중 통신만을 지원합니다.

 

 

2.  2계층(데이터링크 계층)

 데이터링크 계층은 네트워크에서 인접한 노드 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하고, 물리 주소(MAC 주소)를 사용하여 컴퓨터 간의 통신을 관리하는 계층입니다.

 

- 랜카드(Network Interface Card)

외장 랜카드

 랜카드는 프레임(보낼 데이터)을 아날로그로 변환하고, 들어온 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환합니다.

또한 랜카드는 MAC주소를 부여받아서 해당 사용자의 고유값을 지닙니다.

 

 

 

- 이더넷(Ethernet)

 

데이터링크계층에서 사용되는 프로토콜입니다. 지역 네트워크(LAN)에서 데이터를 전송하기 위해 널리 사용되는 네트워크 기술입니다. 

 

위 그림은 네트워크 계층에서 각 계층마다 수행하는 절차를 나타냅니다.

이때 데이터 링크 계층에서 "데이터링크 계층 트레일러"와 "데이터 링크 계층 헤더" 부분이 이더넷 프로토콜의 내용이 담겨져 있습니다.

 

1) 이더넷 구조

 

위 그림의 프레임은 각각 필드로 구분되며 각 필드는 다음과 같은 역할을 맡습니다.

 

- Preamble/SFD: 이더넷의 시작을 알림 (총 8바이트로 구성)

- Destination Address: 수신처 MAC주소(6바이트)

- Source Address: 송신처 MAC주소(6바이트)

- Length/Type: 상위계층의 프로토콜 타입이나 현재 프레임의 데이터 길이 저장(2바이트)

- Data/Pad: 상위계층의 패킷을 말하며 데이터 크기가 크다면 pad를 추가(46~1500바이트)

- FCS(Frame Check Sequence): 해당 프레임이 손상 되었는지 체크(4바이트)

 

 

 *MTU

MTU는 Maximum Transmission Unit의 약자로, 네트워크에서 한 번에 전송할 수 있는 최대 데이터 크기를 말합니다(byte).

 

 

 

 

 

 

- 브리지(Bridge)/스위치(Switch)

 

 브리지(Bridge)는 여러개의 네트워크에서 트래픽을 분산, 충돌방지하는 장치입니다.

 

앞에서 설명한 허브는 반 이중 통신만 가능하다고 했습니다.(동시에 송수신 불가능) 반면에 브리지는 프로세서, 메모리같은 장치를 넣어서 논리적인 처리 기능을 추가한 것입니다. 보낼 mac주소를 보고 해당 mac주소에만 데이터를 전송이 가능하게 됩니다. 따라서 트래픽과 네트워크의 성능이 개선되며 전 이중 통신이 가능해집니다.

 

 스위치(Switch)는 브리지와 같은 기능을 합니다. 차이점이라면 브리지보다 성능이 더 개선된 장치입니다. 스위치는 mac주소를 학습하여 좀 더 효율적이고 안정적인 데이터 전달을 지원합니다.