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통신이 이뤄지는 가장 근원적인 지점
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관련 4가지 키워드 : 이더넷, 이더넷 프레임, 통신 매체, 네트워크 장비
이더넷(Ethernet)
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LAN 내의 호스트들이 올바르게 정보를 주고받을 수 있게 해주는 다양한 기술들 중 대표적인 예시
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통신 매체를 통해 신호를 송수신하는 방법, 데이터 링크 계층에서 주고받는 데이터(프레임) 형식 등이 정의된 기술
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현대 대부분의 (유선)LAN은 이더넷을 기반으로 구현되어 있음
이더넷 표준
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이더넷은 IEEE 802.3이라는 이름으로 국제 표준화된 기술
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통신 매체를 비롯한 네트워크 장비들이 이더넷 표준을 준수하기 때문에, 서로 다른 컴퓨터가 각기 다른 네트워크 장비를 사용하더라도 동일한 형식의 프레임을 주고받고 통일된 형태로 작동
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2가지 기억해야할 점 :
1.
오늘날의 (유선)LAN 대부분이 이더넷 표준을 따르기 때문에 대다수의 LAN 장비들이 특정 이더넷 표준을 따름
2.
이더넷 표준이 달라지면 통신 매체의 종류를 비롯한 신호 송수신 방법, 최대 지원 속도도 달라질 수 있음
이더넷 프레임
이더넷 기반의 네트워크에서 주고받는 프레임
오늘날 (유선)LAN은 대부분 이더넷을 기반으로 구현되어있기에, 사실상 ‘프레임’이 이더넷 프레임을 지칭한다고 보아도 무방. 프레임은 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이, 데이터, FCS(총 6가지 필드)로 구성됨
이더넷 프레임의 6가지 필드
유무선 통신 매체
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물리 계층과 데이터 링크 계층에 속한 다양한 네트워크 하드웨어(통신 매체와 네트워크 장비)에 대한 내용
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통신 매체는 모든 성능의 기본이 되는 경우가 많음 : 호스트가 빠르게 데이터를 처리할 수 있다해도, 연결 매체의 성능이 뒷받침되지 않으면 아무런 효용이 없기 때문
유선 매체 - 트위스티드 페어 케이블
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트위스티드 페어 케이블 : 구리선을 통해 전기적으로 신호를 주고받는 통신 매체
두 가닥(pair)씩 꼬아져 있는(twisted) 구리선
카테고리에 따른 성능 분류
카테고리에 따라 대응되는 주요 이더넷 표준이 다르고, 표준에 따른 최대 지원 속도도 달라질 수 있음(일종의 성능 등급 역할 = 카테고리)
노이즈
구리선을 통해 전기적인 신호를 주고받음 → 전기 신호에 왜곡을 줄수 있는 주변 잡음(노이즈)에 취약 → 구리선을 그물 모양의 철사나 포일로 감싸 보호하는 경우가 많음
차폐(Shielding) : 구리선 주변을 감싸 노이즈를 감소시키는 방식
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블레이드 실드(S) : 차폐에 사용된 그물 모양의 철사
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포일 실드(F) : 그물 모양의 포일
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STP : 브레이드 실드로 구리 선을 감싸 노이즈를 감소시킨 트위스티드 페어 케이블
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FTP : 포일 실드로 구리 선을 감싸 노이즈를 감소시킨 트위스티드 페어 케이블
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UTP : 아무것도 감싸지 않은 구리 선만 있는 트위스티드 페어 케이블
크게 3종류로 나눌 수 있지만, 실제로는 [XX]/[Y]TP 형태로 케이블 명칭을 사용해 실드 종류를 더 세분화할 수 있음. XX에는 케이블 외부를 감싸는 실드의 종류가 명시됩니다.(1 ~ 2개) Y에는 꼬인 구리 선 쌍을 감싸는 실드의 종류가 명시
무선 매체 - 전파와 WIFI
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전파 : 약 3kHz부터 3THz 사이의 진동수를 갖는 전자기파
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2.4 GHz와 5GHz : 와이파이를 사용할 때 주로 쓰이는 전파 진동수
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유선 LAN에서 대중적으로 활용되는 기술이 이더넷이라면, 무선 LAN에서 대중적으로 사용되는 기술은 와이파이
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와이파이도 이더넷처럼 각기 다른 표준 규격이 존재하며, 표준 규격에 따라 지원되는 최대 속도나 주파수 대역 등이 달라짐
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숫자로 세대를 구분하고(WI-FI 7, WI-FI 6, WI-FI 5 등등), 세대에 따라 지원되는 표준 규격이 다르며, 세대 별로 지원 가능한 최대 속도나 주파수 역시 달라짐
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2.4 GHz, 5 GHz 주파수 대역을 사용하는 여러 무선 네트워크가 존재할 수 있음
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주파수 대역이 겹치면 신호의 간섭이 발생 가능
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즉, 별개의 무선 네트워크는 같은 주파수 대역을 사용하더라도 서로의 신호에 간섭하면 안됨
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같은 대역을 사용하는 서로 다른 무선 네트워크를 구분하기 위해 채널(Channel)이라는 하위 주파수 대역으로 세분화하고, 해당 채널 대역에서 무선 통신이 이뤄짐
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채널에는 번호가 할당되어있고, 일반적으로 채널은 자동 설정됨
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무선 네트워크의 성능 저하를 방지하려면 신호가 중첩되지 않는 채널을 사용하는 것이 중요
참고) AP & SSID
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AP(Access Point) : 무선 접속 지점
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무선 장치들이 유선 네트워크에 접속할 수 있게 해주는 장비(무선 공유기)
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SSID(Service Set Identifier) : 네트워크 이름
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서비스 셋(Service Set) : AP를 중심으로 구성된 무선 네트워크
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SSID : 서비스 셋을 식별하는 정보, 무선 네트워크의 이름(식별자)
네트워크 인터페이스 : NIC
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네트워크 인터페이스
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네트워크 상에서 노드와 통신 매체가 연결되는 지점
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노드와 네트워크 사이의 통로
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네트워크 인터페이스마다 MAC 주소(물리적 주소)가 부여
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NIC(Network Interface Controller)라는 하드웨어가 네트워크 인터페이스 역할 담당
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2가지 역할
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통신 매체의 신호를 호스트가 이해하는 프레임으로 변환
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호스트가 이해하는 프레임을 통신 매체의 신호로 변환
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유의사항 : 여느 입출력 장치와 다르지 않음
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출력 : 패킷을 송신하는 동작
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입력 : 패킷을 수신하는 동작
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NIC를 작동시키는 시스템 콜이 호출되면 (커널 모드로 전환된 뒤)송수신이 진행되고, 입출력이 완료되면 인터럽트를 통해 CPU에게 작업이 완료되었음을 알림
(대부분 DMA[Direct Memory Access])도 지원)
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여느 입출력장치처럼 NIC의 지원 속도가 저마다 다르고, 이는 네트워크의 속도에 큰 영향을 끼침
허브와 스위치
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물리 계층과 데이터 링크 계층의 중간 노드 : 허브 & 스위치
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오늘날에는 허브 대신 스위치를 사용하는 경우가 대부분
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그럼에도 전공서적에서 허브를 설명하는 이유 : 허브가 전이중/반이중 통신, 브로드캐스트 통신의 특징을 잘 보여주는 네트워크 장비이기 때문
물리 계층의 허브
리피터 허브 이더넷 허브
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물리 계층의 대표적인 네트워크 장비
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여러 대의 호스트를 연결하는 장치
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포트 : 허브에서 케이블의 커넥터가 꽂히는 부분, 통신 매체를 연결하는 지점
(다른 의미로도 사용됨)
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2가지 중요한 특징
1.
전달받은 신호를 모든 포트로 내보낸다는 점
특징1) 허브는 신호를 전달받으면 해당 신호에 대해 어떠한 조작이나 판단도 하지 않고, 모든 포트에 단순하게 신호를 내보냄
2.
반이중 모드로 통신한다는 점
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반이중(Half Duplex) 모드 : 송신 또는 수신을 번갈아 가면서 수행해야 하는 통신 방식(즉, 동시 송수신이 불가능한 상태)
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EX : 무전기
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전이중(Full Duplex) 모드 : 동시 송수신이 가능한 상태
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EX : 전화기
특징2 ) 반이중 모드로 통신
참고) 충돌 & 충돌 도메인
허브는 반이중 모드로 통신하므로, 어느 한 호스트가 허브를 향해 정보를 전달하면 다른 호스트는 정보를 전송할 수 없음
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충돌(Collision) : 만일 허브를 향해 동시에 메시지를 보내면 충돌 발생
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충돌 도메인(Collision Domain) : 충돌이 발생할 수 있는 영역
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허브는 전달받은 신호를 모든 포트로 내보내는 동시에 반이중 모드로 통신하므로, 충돌 도메인은 허브에 연결된 모든 호스트에 해당
데이터 링크 계층의 스위치
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허브의 한계를 보완하기 위한 네트워크 장비
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허브와 달리 전달받은 신호를 목적지 호스트가 연결된 포트로만 내보내고(유니캐스트), 전이중 모드를 지원하므로 충돌 도메인이 좁음
여기서의 스위치는 L2 스위치(2계층[데이터 링크 계층] 스위치)
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MAC 주소 학습(MAC Address Learning) 기능 : 스위치가 전달받은 신호를 원하는 포트에만 내보낼 수 있는 이유
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프레임 헤더에는 MAC 주소가 명시됨
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스위치는 데이터 링크 계층에 속한 장비 → MAC 주소 이해 가능
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MAC 주소 테이블
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프레임 속 MAC 주소를 토대로 현재 어떤 포트에 어떤 MAC 주소를 가진 호스트가 연결되어 있는지 파악하고, 포트, 연결된 호스트의 MAC 주소의 대응 관계 정보
(테이블 형태로 메모리에 저장)
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즉, MAC 주소 테이블을 만들었기에 스위치가 전달받은 신호를 목적지 호스트가 연결된 포트로만 내보낼 수 있는 것
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VLAN(Virtual LAN) : 스위치의 또 다른 대표 기능
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같은 스위치에 연결된 모든 호스트를 하나의 네트워크로 간주하고 싶지 않을 때
(여러 논리적인 네트워크로 나누고 싶을 때)
(호스트 A ~ D)와 (호스트 E ~ I)는 서로 다른 VLAN에 속함
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서로 다른 LAN에 속함 → 서로 다른 네트워크로 간주
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브로드캐스트 도메인도 겹치지 않아 VLAN1의 브로드캐스트 메시지가 VLAN2에 도달하지 않음. 호스트 A ~ D와 호스트 E ~ I가 서로 통신을 주고받으려면 네트워크 계층(3계층) 이상의 장비가 필요
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IP 주소 기반으로 라우팅할 수 있는 장비
참고 자료
