Network Access Layer(네트워크 엑세스 계층) - TCP/IP Layer 1
LAN 카드와 같은 네트워크에 접속하는 하드웨어적인 면을 다루는 계층, OSI 7계층에서 물리 계층과 데이터 링크 계층과 대응된다.
유/무선 랜 카드, 허브, 리피터 등의 하드웨어 장비
각 장비들이 MAC 주소를 가지고 통신
하나의 컴퓨터에 여러 개의 NIC가 존재할 수 있음
물리적인 네트워크로부터 전송된 데이터를 프레임(frame) 단위로 나누고, 에러 검출 및 수정, 흐름 제어 등을 수행
이더넷
이더넷(Ethernet)은 LAN(Local Area Network)에서 사용하는 현대 유선 LAN에서 가장 많이 사용되는 통신 규약이다. 이더넷 네트워크에서는 데이터를 프레임(frame) 단위로 나누어 전송하며, 이더넷 프레임은 아래와 같은 구조로 이루어져 있다.
Preamble: 프레임의 시작을 알리는 비트열
Destination/Source MAC Address: 프레임의 목적지와 송신지 MAC 주소로, 네트워크 장치(NIC)마다 할당된 고유한 물리적 주소
EtherType: 프레임의 상위 프로토콜을 명시하는 필드
Payload: 네트워크 계층으로부터 전달 받은 전송할 데이터
FCS(Frame Check Sequence): 프레임의 에러 검출을 위한 CRC(Cyclic Redundancy Check) 값이 명시되는 필드
관련 네트워크 장비
TCP/IP 1계층에서 사용되는 네트워크 장비로는 허브(Hub)와 스위치(Switch)가 있다.
허브
물리 계층(OSI Layer 1)에서 동작하는 장비
데이터링크 계층(OSI Layer 2)이 아니기 때문에 MAC과 같은 주소 개념이 없음
때문에 모든 포트에 연결된 디바이스에 동일한 데이터 전송
송신 혹은 수신이 한 번에 한 번만 이루어지는(ex. 무전기) 반이중 통신(half-duplex)만 지원
동시에 여러 디바이스가 데이터를 전송할 경우 충돌(Collision) 발생
스위치
데이터링크 계층(OSI Layer 2)에서 동작하는 장비
허브의 모든 포트에 연결된 디바이스에 전달하고, 반이중 통신만 지원한다는 단점을 해결한 장비
목적지 포트로만 데이터를 전송
MAC 주소 학습 / VLAN 지원 / 충돌 X
스위치의 종류
L2 Access switch
End-Point와 직접 연결되는 스위치
Mac 주소를 기반으로 스위칭
대략 사무실 방 단위
L2 Distribution switch
L2 Access switch를 연결하는 스위치
VLAN(Virtual LAN) 기능 제공
대략 사무실 층 단위
허브와 스위치의 차이점을 정리하여 표로 나타내면 아래와 같다.
| 특성 | 허브 | 스위치 |
|---|---|---|
계층 | OSI 계층 1 (물리 계층) | OSI 계층 2 (데이터 링크 계층) |
주소 할당 | 없음 (MAC 주소 없음) | MAC 주소 사용하여 특정 포트로 전송 |
통신 방식 | 반 이중 (한 번에 한 방향) | 전 이중 (동시 송수신) |
충돌 처리 | CSMA/CD[1] | 충돌 없음 |
트래픽 관리 | 모든 포트로 브로드캐스트 | 특정 포트로 트래픽 직접 전달 |
MAC 주소 학습[2] | X | O |
VLAN 지원[3] | X | O |
CSMA/CD, MAC 주소 학습, VLAN에 대한 자세한 설명은 아래와 같다.
1. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
용어 그대로를 수행하게 되는 방식으로 충돌을 해결하는 방식이다.
Carrier Sense: 반이중 이더넷에서 현재 전송 중인 것이 있는지 확인하고
Multiple Access: 여러 장치가 접근해
Collision Detection: 충돌이 발생한 경우 일정 시간 동안 대기한 후 재전송하여 충돌을 해결하는 방식
2. MAC 주소 학습 기능
연결된 디바이스의 MAC 주소를 학습하고, 해당 MAC 주소를 가진 디바이스가 연결된 포트로만 프레임을 전송한다. 스위치에서의 MAC 주소 학습 기능의 학습과정은 아래와 같다.
플러딩: 허브와 같이 스위치에 연결된 모든 포트로 프레임을 전송
포워딩과 필터링: 수신한 프레임의 목적지 MAC 주소를 참조하여 정확한 포트로 프레임을 전송하고, 해당 MAC 주소를 가진 디바이스가 연결된 포트로만 프레임을 전송
에이징: 일정 시간 동안 프레임을 수신하지 못한 포트의 MAC 주소를 삭제
3. VLAN
가상의 LAN을 만들어 물리적인 네트워크 구조와는 상관없이 논리적인 네트워크 구조를 구성하는 기술로, 스위치를 사용하여 VLAN을 구성할 수 있다.
포트 기반 VLAN(정적 VLAN): 물리적 포트에 VLAN을 설정하고 해당 포트에 연결된 디바이스만 특정 VLAN에 속하게 설정
MAC 주소 기반 VLAN(동적 VLAN): MAC 주소를 기반으로 VLAN을 설정하고, 해당 MAC 주소를 가진 디바이스만 특정 VLAN에 속하게 설정
참고자료
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