3. 이더넷

알아볼 내용

1. 이더넷

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이더넷 (Ethernet) : 다양한 통신 매체의 규격들과 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고받는 방법 등이 정의된 네트워크 기술

• 두 컴퓨터간 정보를 주고 받으려면 다음이 필요
  • 통신 매체 (케이블)
  • 정보를 송수신하는 방법
• 물리 계층과 데이터 링크 계층이 밀접하게 연관된 이유 ⇒ ‘이더넷’ 기술이 사용되기 때문
  • 물리 계층 : 이더넷 규격 케이블 사용
  • 데이터 링크 계층 : 주고받는 프레임은 이더넷 프레임 형식
• 현대 LAN, 특히 유선 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술

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이더넷 표준

• IEEE 802.3 : 전기전자공학자협회 (IEEE)가 이더넷 관련 기술을 표준화한 이름
  • 허브, 스위치, NIC (Network Interface Card), 케이블 등 대부분의 네트워크 장비들은 ‘특정 이더넷 표준’을 이해하고 따르고 있음
    • 특정 이더넷 표준을 지원한다…
    • 특정 이더넷 표준과 호환된다…
  • 이더넷 작업 그륩의 이름이기도 함
  • 이더넷 표준에 따라 지원되는 네트워크 장비, 통신 매체의 종류와 전송 속도가 달라짐

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통신 매체 표기 형태 (물리 계층과 관련)

• “전송 속도BASE-추가 특성” : 특정 이더넷 표준 규격에 따라 구현된 통신 매체를 지칭하는 방법

  • 100BASE-T : 100Mbps 속도를 지원하는 트위스티드 페이 케이블
  • 1000BASE-SX : 1Gbps 속도를 지원하는 단파장 광섬유 케이블
  • 5GBASE-T : 5Gbps 속도를 지원하는 트위스티드 페어 케이블
  • …

• 전송 속도 (date rate)

  • 10 → 10Mbps
  • 100 → 100Mbps (여기부터 고속 이더넷)
  • 1000 → 1000Mbps = 1Gbps (기가비트 이더넷)
  • 10G → 10Gbps = 10000Mbps (10기가비트 이더넷)

• BASE : BASEband의 약자로 ‘변조 타입’ (modulation type)¹ 의미

  • 일반적인 LAN 환경에서는 대부분 BASEband 방식 사용
  • 변조 타입의 종류
    • BASEband : 변조하지 않은 원래의 신호가 있는 주파수 대역. 가장 낮은 주파수부터 시작하며, 일반적으로 0Hz 근처의 신호를 포함
      • 주파수 변조 없이 디지털 신호 그대로 전송
      • 단거리 전송에 적합
      • 이더넷
    • BROADband : 넓은 주파수 대역을 사용하는 방식
      • 여러 주파수 채널을 동시에 사용해 여러 채널이나 신호를 동시에 전송가능
      • 주로 아날로그 변조 기반으로 여러 신호 병렬로 전송
      • 케이블 TV, 케이블 인터넷, 위성 통신
    • PASSband : 기저대역 신호를 고주파 신호로 변조하여 특정 주파수 대역만 통과시켜 전송하는 방식
      • 무선이나 장거리 통신에서 주로 사용
      • 변조가 필수적이고 고주파 캐리어 필요
      • 무선 LAN (Wi-Fi), 셀룰러 통신 (LTE, 5G), 라디오/TV 방송

• 추가 특성 : 통신 매체의 특성 명시

  • 전송 가능한 최대 거리 : 1000BASE-2, 1000BASE-5, …
  • 물리 계층 인코딩 방식 : 1000BASE-C_X_, 1000BASE-T_X_, …
  • 비트 신호 전송 가능한 레인 수 : 100GBASE-LR_4_
  • 통신 매체 종류 ^1f944a
    • C → 동축 케이블
    • T → 트위스티드 페어 케이블
    • S → 단파장 광섬유 케이블
    • L → 장파장 광섬유 케이블

• 이더넷 표준과 이를 기반으로 하는 통신 매체 일부 예시

  • IEEE 802.3i → 10BASE-T
  • IEEE 802.3u → 100BASE-TX
  • …

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이더넷 프레임 (데이터 링크 계층과 관련)

• 이더넷 프레임은 캡슐화 과정을 통해 생성
  • 이더넷 프레임 헤더 의 구성 : 프리앰블 + 수신지 MAC 주소 + 송신지 MAC 주소 + 타입/길이
  • 이더넷 프레임 페이로드 의 구성 : 데이터
  • 이더넷 프레임 트레일러 의 구성 : FCS
• 헤더
  • 프리앰블 (preamble) : 이더넷 프레임 시작알리는 8byte 정보
    • 첫 7byte는 10101010, 마지막 byte는 10101011 : 수신지는 프리앰블로 이더넷 프레임이 오는 것을 식별
  • 수신지 / 송신지 MAC 주소 : 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6byte 주소로 LAN 내의 수신지 / 송신지 특정 가능 ^1ab93c
    • MAC 주소는 일반적으로 고유하고 변경되지 않음
    • NIC (network interface controller) 가 네트워크 인터페이스를 담당해서 한 컴퓨터에 NIC 여러개면 MAC 주소도 여러개 가능
    • ipconfig 로 확인 가능 → ce:cd:fd:5e:53:a6 (16진수 12자리 → 48bit → 6byte)
  • 타입/길이
    • 타입 (이더타입, ethertype) : 이더넷 프레임이 ‘어떤 정보를 캡슐화했는지’를 나타내는 정보
      • 상위 계층에서 사용된 프로토콜 이름 명시
        • IPv4 프로토콜이 캡슐화된 정보 운반 → 16진수 0800
        • IPv6 프로토콜이 캡슐화된 정보 운반 → 16진수 86DD
        • ARP 프로토콜이 캡슐화된 정보 운반 → 16진수 0806
• 데이터 : 네트워크 계층의 데이터 (IP 패킷) + 헤더 ^05fe1c
  • 상위 계층에서 전달받거나, 상위 계층오로 전달해야 할 내용
  • 최대 크기는 1500byte이고 최소 46byte 이상이어야 함 (부족하면 0으로 padding)
• FCS (frame check sequence) : 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드
  • 데이터 링크 계층에서 발생하는 오류 검출을 담당
  • CRC (cyclic redundancy check) : 순환 중복 검사. 오류 검출용 값
    • 송신지 : 프리앰블 제외한 나머지 필드 값으로 CRC 값 계산하고 FCS 필드에 명시
    • 수신지 : 수신한 프레임에서 프리앰블, FCS 제외한 나머지 필드 값을 바탕으로 CRC 값 계산하고 FCS 필드 값과 비교
    • 불일치 하면 해당 프레임 폐기

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토큰 링 (Token Ring)

• 이더넷 외의 또 다른 LAN 기술
• 네트워크에서 호스트가 링 형태로 연결
• 호스트끼리 돌아가며 토큰 주고받음
• 토큰을 가지고 있어야 네트워크 내 다른 호스트에게 메시지 송신 가능

Footnotes

1. 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법 ↩