[Network] OSI 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

• 이 글은 "모두의 네트워크" 책을 참고하여 작성하였습니다.

이더넷(Ethernet) 이란?

• 데이터 링크 계층은 네트워크 간에 정상적으로 데이터를 주고 받기 위한 규칙을 정하는 계층입니다.

• 이러한 규칙들 중 대표적인 규칙을 이더넷이라고 합니다.

• 물리계층에서 배웠던 허브는 출발지에서 목적지로만 보내는 것이 아닌 출발지를 제외한 모든 포트에 데이터를 전달합니다.

• 이럴 경우 목적지를 제외하고는 데이터의 내용을 못 보게 하는 규칙을 정해면 나머지 포트에서는 무시하게 됩니다.

• 또한 여러 컴퓨터에서 동시에 데이터를 보내게 된다면 충돌이 일어날 수도 있습니다.

• 이더넷은 이러한 충돌도 방지하는 CSMA/CD 방법이 있지만 오늘날에는 효율이 좋지 않아 사용하고 있지 않습니다.

 

MAC 주소란?

• MAC 주소란 Media Access Control의 약자로 랜 카드를 제조할 때 전 세계적으로 유일한 번호로 정해놓습니다.

• AC:DE:48:00:11:23 MAC 주소는 48비트로 구성되어 있고 앞쪽 24비트는 랜 카드 만든 제조사 번호 뒤쪽 24비트는 제조사가 랜 카드에 붙인 일련번호입니다.

• OSI 모델이나 TCP/IP 모델에서 각 계층에 헤더를 붙이는 데 데이터 링크 계층에서는 이더넷 헤더와 트레일러를 붙이게 됩니다.

• 이더넷 헤더는 다음과 같이 목적지 MAC주소, 출발지 MAC 주소, 유형으로 나뉩니다. 유형은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류로서 IPv4, ARP, RARP, SNMP 등이 들어가게 됩니다.

• 트레일러는 FCS(Frame Check Sequence) 라고 하고 데이터 전송 중 발생하는 오류를 확인하는 용도로 사용합니다.

• 이처럼 이더넷 허도와 트레일러가 추가된 데이터를 프레임이라고 합니다.

• 컴퓨터 1에서 컴퓨터 4로 데이터를 전송한다고 하면 데이터 링크 계층에서 출발지 MAC주소와 목적지 MAC주소를 입력하여 이더넷 헤더를 만든 후 트레일러와 같이 붙여진 프레임을 만듭니다.(캡슐화)
• 물리 계층에서는 프레임의 비트열을 전기신호로 변환하여 네트워크를 통해 전송합니다.
• 허브는 1번포트로 수신하고 나머지 모든 포트로 전송하지만 목적지의 MAC주소와 다른 컴퓨터에서는 데이터를 무시하게 됩니다.
• 수신 컴퓨터에서는 역캡슐화를 거쳐서 데이터를 수신하게 됩니다.

 

스위치란?

• 스위치는 데이터 링크 계층에서 사용하며 스위칭 허브라고도 부릅니다.

• 스위치 내부에는 MAC 주소 테이블이 존재하여 스위치의 포트번호와 해당포트와 연결된 컴퓨터의 MAC 주소가 저장되어 있는 테이블입니다.

MAC 테이블

• 데이터 전송 시 이더넷 헤더에 있는 출발지 MAC주소에서 목적지 MAC주소로 보내는 역할을 하게 됩니다.

• 하지만 처음에 MAC주소 테이블은 비어 있는 상태로 존재하게 됩니다. 이 때 프레임을 전송하게 되면 MAC 주소가 아무것도 등록되어 있지 않기 때문에 MAC 주소를 포트와 함께 등록합니다. (MAC 주소 학습 기능)

• 만일, 목적지의 MAC 주소가 비어있는 상태라면 출발 MAC 주소 이외의 나머지 모든 포트에 보내게 되는데 이러한 현상을 플러딩(flooding)이라고 부릅니다.

• 정상적으로 목적지 MAC 주소를 확인하여 목적지 포트에만 보내게 되는 것을 MAC 주소 필터링이라고 합니다.