[ TCP/IP ] 데이터링크층과 물리층

데이터링크층

 

기기들을 연결하는데에는 몇가지 방법이 있다.

이 중 동일한 방법으로 연결된 한 덩어리의 기기를 데이터링크라고 한다. 

데이터링크층은 데이터링크간의 차이를 흡수하여 네트워크층 이상의 층들이 차이를 의식하지 못하게 한다. 

 

데이터링크층에서는 데이터에 헤더를 붙인 것을 프레임이라고 한다.

프레임은 보통 비트열로 구성되어있다.

 

데이터링크의 프로토콜은 데이터를 어덯게 주고받을지 결정한다.

기기를 식별할 필요가 있을 때는 MAC(Media Access Control) 주소를 사용한다. 

 

 

물리층

 

데이터링크 안에서 신호가 흐르고 있는 부분을 물리층이라고 한다.

여기서 비트열이 신호로 변환된다.

물리층은 성질이 다르기 때문에 데이터링크층의 일부라고 생각하거나 TCP/IP계층에 포함시키지 않기도한다.

 

 

데이터링크

 

데이터링크는 데이터링크 상에 있는 기기를 노드라고 칭하며 컴퓨터나 라우터 등을 가르킨다.  

또, 노드 간을 연결하는 케이블을 통신매체라고 한다.

통신매체 중에서는 금속선 케이블, 광섬유 케이블, 무선 이 있다. 

 

노드와 통신매체를 연결하는 기기들은 네트워크 인터페이스 카드 (NIP) 혹은 모뎀 등이 있다. 

 

 

NIC

 

이는 컴퓨터에서 네트워크로 가는 현관문이라고도 표현할 수 있다.

NIC에는 MAC이라는 고유한 번호가 할당되어있으며 링크층에서는 이 번호를 사용히야 기기를정한다. 

네트워크를 지나갈 때는 IP주소가, 데이터링크 층 안으로 들어간 후에는 MAC주소가 사용되는 것이다.

비트열 8비트를 16진수로 나타낸 숫자를 6개 :혹은 -으로 이어진 모양이다. 

 

같은 데이터 링크 내에 있는 모든 기기에게 보낼 수 있는 MAC 주소를 브로드캐스트 MAC주소라고 한다.

이는 모든 비트에 1이 들어간 모양이다. (ff:ff:ff:ff:ff:ff)

 

 

 ARP 프로토콜

 

데이터링크층에서는 ARP(Address Resolution Protocol)프로토콜을 이용하여 IP주소를 가지고 MAC주소를 조사한다. 

MAC주소를 알고싶은 컴퓨터의 IP주소를 ARP패킷에 담아 브로드캐스트 MAC주소 앞으로 보낸다,

그럼 각 컴퓨터는 IP주소를 확인하고, 본인이라면 자신의 MAX주소를 적은 ARP해킷을 보낸다. 

 

 

네트워크 연결 방법

• 버스형 : 촉이 되는 케이블에서 선을 빼서 그 끝에 노드를 연결한다.
• 링형 : 이웃하는 양쪽 노드에 링모양으로 연결한다. 
• 스타형 : 하나의 노드를 사이에 두고 다른 노드를 연결한다. 집결관리가 편하지만 중간노드가 고장나면 모두에게 영향이간다. 
• 망형 : 모든노드를 일대일로 연결한다. 일부가 고장나도 다른 경로를 이용할 수 있다. 

 

이더넷

이는 가장 많이 쓰는 데이터 링크이다. 

이더넷에서는 네트워크 상의 모든 기기에게 신호를 보내고, 해당하는 기기만 받는 방법으로 프레임을 주고받는다.

이런 주고받기 기법을 CSMA/CD 방식이라고 하고 과정은 다음과같다.

1. 송신하기 전에 송신중인 다른 노드가 없는지 조사한다.
2. 원하는 Mac주소 앞으로 데이터를 보낸다
3. 모든 다른 노드들은 자신의 것인지 확인하고 맞다면 회수, 아니라면 파기한다.

동시에 프레임을 보내면 데이터가 충돌해서 깨지는 경우가 있다. 

이때 신호의 흐트러짐으로 충돌을 감지할 수 있고, 감지되었다면 조금있다가 다시 보낸다.

 

 

토큰 링

 

토큰링은 네트워크 상에 흐르고 있는 토큰이라는 프레임을 사용하여 통신하는데이터 링크이다. 

토큰을 취득한 컴퓨터만 취득할 수 있기 때문에 프레임 충돌이 발생하지 않는다.

이러한 통신 방식을 토큰 패싱이라고한고 과정은 다음과같다. 

1. 송신하고 싶다면 네트워크 상을 흐르고 있는 토큰을 회수한다. 
2. 회수한 토큰에 프로토콜을 추가해서 송신한다.
3. 보내진 패킷을 받고 자기앞으로 온 것이 아니라면 다시 보낸다 .
4. 송신된 프레임은 수신인에게 전달될 때까지 네트워크 안을 순서대로 흐른다. 
5. MAC주소를 보고 자기 앞으로 온 것이면 프레임을 복사하고 받았다는 표시를 해서 다시 보낸다
6. 수령표시된 패킷을 송신자가 받으면 토큰을 송신하고 종료한다.

원래의 데이터 프레임에 얻은 토큰 링 프레임을 추가하여 토큰 링 프레임을 만든다. 

 

 

기타 데이터링크

 

• FDDI : 광섬유 케이블을 사용한 토큰 패싱 방식의 데이터링크이다. 이중링으로 되어있어 1차링이 끊어져도 통신을 계속 할 수 있다.
• 무선 랜 : 전파나 적외선을 사용하여 통신한다. 디지털파를 전파고 변환하여 데이터링크 내의 보든 기기에 발신하는 역할을 하는 무선 기지국을 두고 통신한다. 이런 통신 방식을 CSMA/CA방식이라고 한다. 
• 블루투스 : 2.4GHz대의 전파를 사용하여 통신한다. 주로 휴대전화나 PDA와 같은 소형기기에서 이용한다. 

 

 

PPP 프로토콜

 

이는 사용자 인증 기능이 추가된 프로토콜이다.

두 대의 기기 간에 통신을 확립한 후에 주고받기를 시작한다.

보통 PPP는 두 지점간에 일 대일 통신을 수행하는 프로토콜이며 다음과같은 과정을 거친다. 

1. 상대에게 통신 요청을 보낸다.
2. 수신측은 접속할 자격을 가지고 있는 사용자인지 확인한다 (사용자 인증)
3. 통신 조건에 대해 상담한다.
4. 통신을 시작한다.

이는 일대일통신만을 하므로 Mac주소를 사용하지 않는다. 

 

PPP프로토콜은 보통 전화선을 사용하여 인터넷에 접속할 때 사용한다. 

아날로그 회선이 아니라 디지털 회선인 ISDN을 사용할 수도 있다. 

클라이언트는 ISP의 액세스 지점에 전화를 걸고, 회선이 연결되면 PPP로 통신을 시작한다. 

이 때 모뎀포트에 전화선을 연길하고 이는 디지털파를 아날로그파로 변환해준다. 

통신을 받은 ISP의 액세스 지점은 사용자 인증을 한 뒤 인터넷에 접속시켜준다. 

 

 

PPPoE

 

이더넷 상에 있는 두 대의 컴퓨터 간에 인증을 수행할 수 있도록 한 프로토콜이다. 

PPP를 이더넷에서 사용한다고 이해하면 될 것 같다. 

주로 xDSL이나 CATV회선을 사용하여 엑세스 서버를 경유하여 인터넷에 접속할 때 사용한다.

PPPoE 프레임은 이더넷 프레임에 포함되어 전송된다. 

 

xDSL은 전화선을 사용한 디지털 통신을 총칭한다.

 

 

데이터링크상의 기기

• 리피터 : 통신 매체나 주위 환경, 통신 거리 등의 영향을 받아서 신호가 약해지는 경우가 있다. 이런 경우에 네트워크 상에 신호를 보정하는 기기를 설치하여 방지한다. 
• 브리지 : 신호의 보정에 덧붙여 서로 다른 두 개의 데이터 링크를 연결하는 기능을 가진 기기를 브리지라고 한다. 수신처의 MAC주소를 보고 다른 데이터링크 앞으로 온 것이면 보내고, 같은 데이터 링크 앞으로 온 것이면 파기한다. 
• 허브 : 네트워크 상에서 케이블을 분기하기 위한 기기이다. 하나의 신호를 여러개의 케이블로 보내기 위해 신호를 증폭해야한다. 신호를 보정해야하기도 하므로 리피터의 역할도 가지고 있다. 
• 패시브 허브 : 신호의 보정, 증폭 기능을 갖지 않은 기기이다.
• 스위칭 허브 : 수신처의 MAC주소를 보고 여러개의 접속처 중에서 특정 노드에만 신호를 보내는 기능을 갖고 있는 허브이다.