[혼자 공부하는 네트워크] 이더넷

안녕하세요! 제이덥입니다. 지난 주부터 "혼자 공부하는 네트워크" 도서를 통해 네트워크에 대해 학습하고, 공부한 내용을 공유드리고 있습니다. 이번 섹션에서는 물리 계층과 데이터 링크 계층을 구성하는 대중적인 기술인 이더넷에 대해서 설명해드리겠습니다. 네트워크 설정을 할 때 지나쳤던 “이더넷”이라는 용어와 MAC주소에 대해서 알아볼 수 있었던 유익한 시간이라 호기심을 해결하는 용도로 한번 쭉 훑어봐도 좋을 것 같네요.
*포스팅에 활용된 도서는 제가 직접 구매하여 작성한 글이며, 혼공단 11기 활동의 일환으로 학습 내용을 공유하고자 합니다. 도서와 활동에 대한 자세한 내용은 아래 Reference에서 확인하실 수 있습니다.

1️⃣ 이더넷

• 이더넷(Ethernet)이란?
  • 정의 : 현대 LAN, 특히 유선 LAN환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술이며, 통신 매체를 통해 송수신되는 프레임의 형태, 방법 들이 정의된 네트워크 기술을 말함
• 이더넷의 표준
  • 현대의 대부분의 LAN환경은 이더넷을 기반으로 구성됨 ⇒ 국제적으로 표준화가 되어 있음
  • 물리 계층, 데이터 링크 계층에 정의된 네트워크 장비들은 이더넷 표준을 따름
    • 이더넷 규격 케이블, 허브, 스위치, NIC(물리 계층), 이더넷 프레임의 형식(데이터 링크 계층)
  • 전기전자공학협회(IEEE;Intstitute of Electrical and Electronics Engineers)에서 IEEE 802.3이라는 이름으로 표준화함
    • ⭐ IEEE 802.3은 이더넷 관련 표준 규격들의 집합으로 이더넷 표준에 따라 지원되는 네트워크 장비, 통신 매체의 종류와 전송 속도 등이 달라짐
    • 여러 제조사가 네트워크 장비를 만들 때 통일된 형태로 작동하는 건 제품들이 이더넷 표준을 준수하기 때문
    • 이더넷이 지속해서 발전되며 새로운 표준들도 추가 되고 있음.

2️⃣ 통신 표기 형태

• 일반적으로 전송속도BASE-추가특성 순으로 표기함.
  1. 전송속도(data rate) :
     • 숫자만 표기시 : Mbps 속도를 의미
     • 숫자 뒤에 G표기시 : Gbps 속도를 의미
     • Ex) 100BASE-T(100 Mbps를 지원하는 케이블, 1000 

       전송속도 표기	의미
       10	10Mbps
       100	100Mbps
       1000	1000Mbps

  2. BASE : 베이스밴드(BASEband)의 약자로 변조 타입(modulation type)을 의미
     • 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법
     • 일반적인 경우에서대부분의 이더넷 통신매체는 BASE를 사용
     • 이외) BROAD(브로드밴드), PASS(패스밴드)
  3. 추가 특성(additional distinction) : 통신 매체의 특성을 명시하며 아래와 같은 특성이 추가될 수 있음
     1. 전송가능한 최대거리 (예: 10GBASE-2)
     2. 물리 계층 인코딩 방식 : 데이터가 비트 신호로 변환되는 방식을 말함 (예: 10GBASE-CX)
     3. 레인 수 : 비트 신호를 옮길 수 있는 전송로 수 (예 10GBASE-LR4)

3️⃣ 통신 매체 종류

• 추가 특성에 표기 되는 대표적인 통신 케이블 종류

  추가 특성 표기(통신 매체의 종류)	케이블의 종류
  C	동축 케이블
  T	트위스티드 페어 케이블
  S	단파장 광섬유 케이블
  L	장파장 광섬유 케이블

• 배운내용을 토대로 하는 간단한 문제풀이 :
  • 10BASE-T 케이블 : 10Mbps속도를 지원하는 트위스티드 페어 케이블
  • 1000BASE-SX 케이블 : 1000Mbps 속도를 지원하는 단파장 광섬유 케이블
  • 1000BASE-LX 케이블 : 1000Mbps 속도를 지원하는 장파장 광섬유 케이블
    

    

    출처 : 혼자공부하는 네트워크(무단재배포 금지)

• 아래와 같이 이터넷 표준에 따른 통신 매체가 주어지지만, 항상 일대일 대응이 되지는 않음

  표준 규격	통신 매체
  IEEE 802.3i	10BASE-T
  IEEE 802.3z	1000BASE-SX, 1000BASE-LX

• 💡고속 이더넷(Fast Ethernet)
  • 기술의 발전에 따라 규격별 속도도 점차 빨리지고 있음
  • 초기 10Mbps 지원 → 이후 100Mbps를 지원 / 이렇게 100Mbps를 지원하는 걸 고속 이더넷이라고 부름
  • 종류 :

    속도 / 종류	이름
    1Gbps	기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)
    10Gbps	10기가비트 이더넷(10 Gigabit Ethernet)

4️⃣ 이더넷 프레임 ⭐ ⭐ ⭐

• 이더넷 프레임(Ethernet Frame)이란?
  • 데이터 링크 계층에서 주고 받는 데이터 형식
  • 송신지 : 상위 계층에서 헤더+트레일러를 추가하는 캡슐화를 통해 생성
  • 수신지 : 프레임의 헤더와 트레일러를 제거하는 역캡슐화를 거친 뒤 뒤 상위 계층으로 올려보냄
  • 헤더 구성요소 : 프리앰블, 수신지MAC주소, 송신지MAC 주소, 타입 길이
  • 페이로드 : 데이터
  • 트레일러 : FCS
    

    

    이미지 출처 : https://velog.io/@moonblue/이더넷-프레임-Ethernet-Frame

• 구성요소 해체 분석하기
  • 프리앰블(preamble) : 프레임의 시작을 알리는 8바이트(64비트) 크기의 정보
    • 첫 7바이트 : 10101010
    • 마지막 바이트 : 10101011
    • ⇒ 프레임이 오는지 체크하고, 동기화*
  • ⭐ 수신지 MAC주소/송신지 MAC주소 ⭐ :
    • MAC 주소 :
      • 물리적 주소라고도 불리며 네트워크 인터페이스마다 부여되는 주소로 6바이트(48비트)의 길이로 LAN내의 수신지와 송신지를 특정할 수 있음
      • 구별해주기 위해 일반적으로 고유하고, 변경되지 않는 주소로 활용(항상 그런 것은 아님)
      • NIC(Network Interface Controller)가 네트워크 인터페이스 담당
        • 한 컴퓨터에 NIC 여러개 → MAC주소 여러개 가능
      • 실습 : ifconfig로 내 ip 주소 확인하기
        • 총 a1:b2:c3:d4:e6 형태의 12자리 숫자로 여러개의 MAC주소를 두고 있는 것을 알 수 있었음
          

          

          MAC에 ifconfig를 이용해 이더넷 주소를 확인한 모습. 주소가 실제로 12자리이고 여러 주소가 명시된 걸 확인할 수 있었다.

  • 타입/길이 : 타입과 길이 두가지 종류가 추가될 수 있음
    • 길이(length) : 필드에 명시된 크기가 1500(05DC)이하일 경우 길이를 의미
    • 타입(type) : 필드에 명시된 크기가 1536(0600)이상일 경우에는 타입을 나타내는데 사용
      • 어떤 정보를 캡슐화 했는지 나타내는 정보로 이더타입(ethertype)이라고도 부름
      • ex)

        타입	프로토콜
        0800	IPv4
        86DD	IPv6
        0806ARP	ARP

  • 데이터 :
    • 상위 계층으로 전달해야할 내용으로 네트워크 계층의 데이터와 헤더를 합친 PDF
    • 최대 1500 바이트, 최소 46바이트 이상
    • 46바이트보다 작을 경우 패딩을 이용해 나머지 정보를 0으로 채움
  • FCS(Frame Check Sequence) : 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드 → 오류 검출
    • CRC(Cyclic Redundancy Check) : 순환 중복 검사라는 오류 검출용 값 사용
    • 송신지 : 프리앰블을 통해 나머지 필드 값을 바탕으로 CRC값 계산→ FCS 기록
    • 수신지 : 프리앰블을 통해 나머지 필드 값을 바탕으로 CRC값 계산→ 기록된 FCS 와 비교
      • 같으면 오류 X / 다르면 오류
• 💡 토큰링(Token Ring)
  • 이더넷과 다른 기술으로 네트워크내 다른 호스트에게 메시지를 전송하려면 토큰을 가지고 있어야 함.

Reference :

• 혼자 공부하는 네트워크
• 혼공학습단 12기 활동
• 혼자 공부하는 네트워크 GitHub
• 혼자 공부하는 네트워크 Youtube 강의