[Network] 데이터 링크 계층 (DataLink Layer)

[Network] 데이터 링크 계층 (DataLink Layer)

 

네트워크 보안

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(1) 데이터링크 계층 (2계층 / DataLink Layer)

1-1. 데이터 링크 계층에 대한 이해

• 랜 카드나 네트워크 장비의 하드웨어 주소만으로 통신하는 계층

• 여기서 랜 카드나 네트워크 장비의 하드웨어 주소를 MAC (Media Access Control)주소라고 함

• MAC 주소는 사람 이름처럼 네트워크 카드마다 붙는 고유 이름

• 윈도우 명령 창에서 'ipconfig /all' 명령을 실행 > 'Physical Address'에서 확인 가능

[그림 1] MAC 주소 확인

 

MAC 주소는 총 12개의 16진수로 구성되며, 앞쪽 6개는 네트워크 카드를 만든 회사를 나타내는 것으로 OUI라 하고, 뒤쪽 6개는 호스트 식별자로 각 회사에서 임의로 붙이는 일종 시리얼이다.

 

따라서 MAC 주소 앞부분을 보면 어느 회사에서 만든 제품인지 확인 가능하며 OUI가 같은 회사도 없고, 한 회사에서 시리얼이 같은 네트워크 카드를 만들지도 않기 때문에 같은 MAC 주소는 존재하지 않는다.

OUI	Host Identifier
00-0C-29	97-13-8C

 

1-2. 데이터 링크 계층 중요 네트워크

 

1) X.25

• ITU-T에 의해 1980년경부터 규격화 된 통신 규약

• 단말 장치(DTE)와 회선 종단 장치(DCE)간의 상호 접속에 대해서만 규정 (DCE 간 네트워크 내부 접속 사항 규정 X)

• 즉, 단말 장치와 회선 종단 장치 간의 통신 절차를 규정한 계층화 프로토콜 

[그림 2] X.25의 통신 구성 요소

 

위에서 말한 회선 종단 장치는 네트워크를 통해 데이터를 아날로그나 디지털 신호 형태로 송수신하는 장치이며, 데이터를 단말 장치가 사용할 수 있는 형태로 변환시킨다.

 

가장 일반적인 회선 종단 장치는 모뎀이고 단말 장치는 컴퓨터이다.

 

X.25의 운용 속도는 T1/E1급 정도이다.

 

2) 프레임 릴레이

• 디지털 전송 통로의 품질 향상에 따라 불필요한 전송 오류 제어나 흐름 제어 등 복잡한 기능 최소화

• 망 종단 장치에서 처리하도록 하여 고속 전송을 실현하는 고속 데이터 전송 기술

• X.25 패킷 교환망의 10배까지 고속 데이터 전송 가능

 

3) ATM

• 고속 데이터를 53Byte 셀로 처리하는 VLSI 기술

• 실시간 영상 전송과 같은 고속 통신에 사용

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(2) 데이터 링크 계층 프로토콜

• 대표적인 프로토콜 : 이더넷 프로토콜

 

2-1. 이더넷 프로토콜

• 데이터 링크 계층의 프로토콜

• 이더넷 패킷의 최소 길이는 64Bytes, 최대 길이는 1,518Bytes

 

[그림 3] 이더넷 패킷 구조

 

[표 1] 이더넷 패킷 내용

필드 이름	길이	내용
Preamble	7Byte	패킷이 입력되고 있음을 네트워크 인터페이스에 알리기 위한 부분으로 1과 0이 번갈아 입력 실제 데이터가 들어오니 '이제 정신차려!'라고 알려주는 것과 같음
SFD	1Byte	Start Frame Delimiter 통신을 위한 최초의 패킷에 10101011을 입력하여 해당 패킷이 최초 패킷임을 알려줌
Destination MAC Address	6Bytes	패킷을 받을 네트워크 인터페이스에 대한 MAC 주소를 가리킴 해당 주소가 모두 1 (FF:FF:FF:FF:FF:FF)이면 브로드캐스팅 패킷이 됨
Source MAC Address	6Bytes	패킷을 보내는 네트워크 인터페이스에 대한 MAC 주소를 가리킴
Length or Type	2Bytes	IEEE 802.3은 길이가 기록되는데 이더넷 버전 2 등의 프로토콜은 타입이 기록
Data	0~1,500Bytes	전송 데이터가 저장되는 것으로, 최대 크기는 1,500Bytes
Pad	가변	전송하려는 데이터 길이가 46Bytes보다 작으면 전체 패킷 최소 길이 46Bytes를 맞추기 위해 여기에 임의 데이터를 씀
FCS	4Bytes	Frame Check Sequence 전송되는 패킷의 오류 확인을 위해 4Bytes의 CRC를 계산하여 입력

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(3) 데이터 링크 계층 관련 장비

 

3-1. 브리지

• 랜과 랜을 연결하는 초기의 네트워크 장치

• 데이터 링크 계층에서 통신 선로를 따라서 한 네트워크에서 그 다음 네트워크로 데이터 프레임을 복사

• 프레임이 들어오면 MAC 주소를 확인해 목적지 MAC 주소가 프레임이 들어온 인터페이스에 있으면 해당 패킷을 막고, 다른 인터페이스 쪽에 있으면 전달하는 역할

[그림 4] 브리지

 

3-2. 스위치

• 기본적으로 L2(Layer 2), 즉 데이터 링크 계층에서 작동하는 스위치

• L3, L4 스위치는 L2 스위치에 상위 계층의 네트워킹 기능을 추가한 것

• L2 스위치는 연결된 시스템이 늘어날수록 패킷 간 충돌 때문에 매우 낮은 속도로 동작하는 더미 허브의 문제점 해결

[그림 5] L2 스위치

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(4) 스위칭

• 스위치는 데이터 링크 계층의 통신 담당인 대표적 장비로, 스위치가 동작하는 방식을 스위칭이라 함

• 스위칭은 가장 기본 네트워크 단위인 LAN의 통신 방법

 

4-1. 스위칭 방식

• 패킷 전송 방식에 따라 컷스루 방식, 저장 후 전송 방식, 인텔리전트 스위칭 방식으로 나뉨

• 제공하는 경로의 대역폭에 따라 반이중 방식과 전이중 방식으로 구분 가능

 

4-1-1. 컷스루 방식

• 수신한 프래임의 목적지 주소를 확인하고 목적지 주소의 포트로 프레임을 즉시 전송하여 지연 시간 최소화

• 수신한 패킷에 오류가 발생할 때, 목적지 장치에서 해당 패킷을 폐기

 

4-1-2. 저장 후  방식

• 완전한 프레임을 수신하여 버퍼에 보관했다가 전체 프레임을 수신하면 CRC 등 오류 확인하여 정상 프레임을 목적지 포트로 전송

• 패킷 길이에 비례해 전송 지연이 발생하지만 소프트웨어 중심인 브리지나 라우터보다 훨씬 신속

• 속도가 서로 다른 포트를 연결한 경우에는 반드시 사용해야 함

• 최근에는 컷스루 방식과 저장 후 방식을 동시에 지원하는 것이 일반적

 

4-1-3. 인텔리전트 스위칭 방식

• 보통 컷스루 모드로 작동하다가 오류 발생 시 저장 후 전송 모드로 자동 전환하여 오류 프레임 전송을 중지

• 오류율이 0이 되면 자동으로 다시 컷스루 방식 전환

 

4-1-4. 반이중 방식

• 양방향 통신 기능을 제공하지만 한 번에 하나의 동작(수신 or 송신)만을 할 수 있어, 양방향으로 동시에 데이터를 전송할 수 없음

• 해당 방식은 한 사람이 말하고 난 다음에 다른 사람이 말하기를 기다렸다가 다시 자신이 말을 하는 워키토키 통신 방식을 생각하면 쉽게 이해할 수 있음

 

4-1-5. 전이중 방식

• 송신 포트와 수신 포트를 분리해 반이중 방식보다 성능이 두 배로 뛰어나며, 충돌이 없어 전송 거리의 제한을 연장할 수 있음

• 공유 방식의 이더넷은 반이중 방식만을 지원하는 반면, 기술적으로는 스위치에서만 전이중 방식을 지원할 수 있음

• 전이중 방식 흐름 제어에 대한 표준은 아직 없으며, 업체마다 옵션으로 제공하거나 아예 지원하지 않는 장비도 있음

• 흐름 제어가 제공되지 않으면 과부화된 네트워크에서 패킷 손실을 유발할 수 있음

 

 

4-2. 스위치 테이블

• 데이터 링크 계층에서 스위치는 시스템 간 원활한 통신을 위해 주소 테이블 생성과 관리하는 역할을 함

 

만일 스위치에 서버가 연결되어 있다면, 스위치 메모리에는 다음과 같은 정보가 기록되어 있을 것이다.

1번 포트
2번 포트	서버의 MAC 주소
3번 포트
4번 포트

여기에 클라이언트의 랜 케이블을 스위치의 3번 포트에 꽂으면, 스위치의 메모리 정보가 다음과 같이 바뀐다.

1번 포트
2번 포트	서버의 MAC 주소
3번 포트	클라이언트의 MAC 주소
4번 포트

스위치의 메모리에 포트별로 MAC 주소가 매칭된 테이블이 존재하고 이것이 갱신된다는 사실은 아주 중요하다.

많은 사람이 스위치의 메모리 테이블에 3계층 정보인 IP 주소와 MAC 주소가 다음과 같이 매칭되어 있다고 착각한다.

1번 포트
192.168.0.100	서버의 MAC 주소
192.168.0.2	클라이언트의 MAC 주소
4번 포트

2계층 장비인 스위치는 위와 같이 IP 주소를 기억하지 않는다.

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# Reference

 

https://www.hanbit.co.kr/store/books/look.php?p_code=B2228799661