데이터 링크 계층과 스위치

데이터 링크 계층의 역할과 기능

 

1.  데이터 링크 계층의 역할

TCP/IP의 2계층인 데이터 링크 계층(Data Link)은 물리 계층의 있는 그대로의 전송 설비를 신뢰할 수 있는 링크로 변환합니다. 이는 상위 계층인 네트워크 계층에게 오류 없는 물리 계층으로 보이도록 합니다.

논리적 연결제어를 담당하는 LLC(Logical Link Control)/DLC(Data Link Control)와 장비 간의 물리적인 접속을 담당하는 MAC(Media Access Control)의 두 서브 계층으로 나뉘어집니다.

 

2.  데이터 링크 계층의 기능

① 물리 계층에서 전송하는 비트에 대한 비트 동기 및 식별 기능

 

② 흐름 제어 기능

보내는 측과 받는 측 사이의 속도 차이를 보장하여 원활한 데이터의 전송을 돕습니다.

 

③ 오류 제어 기능

오류와 잡음으로 인한 에러를 보정합니다.

 

이더넷과 스위치

 

1. 이더넷이란?

LAN에서 데이터를 주고 받기 위해 가장 많이 활용되는 기술 규격입니다. 허브, 스위치와 같은 장비에 연결된 같은 네트워크 안의 컴퓨터끼리 데이터를 주고 받을 때 사용합니다.

 

허브는 들어온 데이터를 모든 포트에 보내는 특징(Broadcast)이 있어 더미 허브라고도 부릅니다. 그래서 컴퓨터 여러 대가 동시에 데이터를 보내면 데이터들이 충돌하는 현상이 나타날 수 있습니다. 

 

이더넷은 여러 컴퓨터가 동시에 데이터를 전송해도 충돌이 일어나지 않는 구조로 되어 있습니다. 데이터가 동시에 케이블을 지나가지 않도록 데이터를 보내는 시점을 늦추는 CSMA/CD 방법을 사용합니다.

 

최근에는 스위치(switch)라는 네트워크 장비를 사용하여 충돌을 방지합니다.

 

2. MAC 주소와 스위치

① MAC 주소

MAC 주소란 절대 변하지 않는 기계의 고유 주소라고 이해할 수 있습니다. 저 멀리 있는 PC와 통신하려면 IP 주소를 사용하는게 맞습니다. 하지만 내부적으로는 IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 과정이 수행됩니다.

 

왜 굳이 사용할까요.. IP 주소는 변동 가능성이 있는 주소이기 때문에, 종단간 통신임을 확실히 보증할 수 있는 MAC 주소를 추가적으로 사용하는 것입니다.

 

MAC 주소는 6byte로 이루어져 있으며, 앞 3byte는 제조사 코드, 뒤 3byte는 제조사의 각 제품별 시리얼 번호입니다.

② 스위치

데이터링크 계층에서 사용되는 스위치 장비는 L2 스위치입니다. L2 스위치는 2계층 주소인 MAC 주소를 기반으로 동작합니다. 

스위치는 [패킷을 전송하기 위해 필요한 MAC주소]와 [단말이 위치하는 인터페이스 정보]를 매핑한 MAC 주소 테이블을 가지고 있습니다.

 

PC에서 MAC 주소가 추가된 프레임이 전송되면 MAC 주소 테이블을 확인하여, MAC 주소가 등록되어있지않으면 MAC 주소를 포트와 함께 등록합니다. 

패킷이 스위치에 전달되면, 스위치는 패킷의 헤더를 읽어 목적지 주소(또는 주소들)을 맞춰 본 다음, 목적지 디바이스로 가는 적절한 포트를 통해 패킷을 보냅니다. 이를 MAC 주소 필터링이라고 합니다. 

 

데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

 

1. 전이중 통신 방식

 

전이중 통신 방식은 통신하는 쌍방이 데이터 송신과 동시에 수신을 할 수 있습니다.
송신과 수신이 각각 다른 채널로 되어있어 Half Duplex보다 속도가 두 배 빠릅니다. 
일반적으로 데이터 통신은 대부분 전이중 통신 방식입니다.

 

2. 반이중 통신 방식

 

반이중 통신 방식은 매체상에 송신과 수신을 양쪽에서 할 수 있으나 동시에는 할 수 없습니다.
송신과 수신이 한 채널에서 이루어진다. 예를 들면, 무전기와 같은 통신방식이 예가 될 수 있습니다.
그렇기 때문에 반이중 방식을 사용할 때는 충돌을 피하기 위해 상대의 데이터 전송이 완료될 때까지 기다렸다가 데이터를 보내야 합니다. 
그래서 CSMA/CD라는 것이 만들어지게 됩니다.

 

※ CSMA/CD

CSMA/CD 방식은 유선 Ethernet LAN에서 사용하는 프로토콜로 CSMA 방식에 충돌을 처리하는 절차를 더한 것입니다.  
유선 네트워크의 경우 충돌을 확인할 수 있기 때문에 사용 가능한 방식입니다. (무선 네트워크의 경우 CSMA/CA) 

프레임을 전송함과 동시에 두 개의 다른 포트를 이용하여 충돌이 발생하는지 감시합니다. 
프레임이 목적지에 도착할 시간 이전에 다른 프레임의 비트가 발견되면 충돌이 일어난 것으로 판단한다. 

 

① CS는 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 확인하는 규칙

② MA는 케이블이 데이터가 흐르고 있지 않으면 데이터를 보내도 된다는 규칙

③ CD는 충돌이 발생하고 있는지 확인하는 규칙

 

VLAN

 

데이터 링크 계층에서 브로드캐스팅 도메인을 나누기 위해 사용하는 기술로 논리적으로 나누어서 불필요한 트래픽을 차단합니다. 스위치는 VLAN 태그가 상이한 네트워크에서의 접근을 근본적으로 차단하여 보안성을 유지하게 됩니다. 

VLAN 종류는 크게 4가지로 구분지을 수 있습니다.

 

① Port 기반 VLAN

- 같은 VLAN에 속한 Port에 연결된 호스트들 간에만 통신이 가능

 

② MAC 기반 VLAN

- 같은 VLAN에 속한 MAC 주소의 호스트들 간에만 통신이 가능

 

③ 네트워크 주소 기반 VLAN

- 같은 네트워크에 속한 호스트들 간에만 통신이 가능

 

④ 프로토콜 기반 VLAN

- 같은 프로토콜을 가진 호스트들 간에만 통신이 가능