DarrenKwonDev commented 1 year ago

3장 물리 계층

전기 신호

데이터와 전기 신호
- 이진수로 표현된 데이터가 전기 신호로 표현되어 전송, 수신됨.
- 참고) 트랜지스터의 스위칭 기능에 따라 0, 1을 구분할 수 있게 되었고 이를 1bit라 부른다. https://m.hellot.net/mobile/article.html?no=41552

NIC

LAN 카드
- 역할
- 전기 신호를 데이터로, 혹은 데이터를 전기 신호로 변환합니다. 이러한 상호 변환을 ‘직렬화’라고 합니다.
- 자신이 가지고 있는 자신이 가지고 있는 MAC 주소를 확인하여 패킷 도착지 주소와 일치하지 않으면 패킷을 버립니다.
- Flow control(흐름 제어). 이미 통신 중인 데이터 처리 때문에 새 데이터를 받지 못할 경우 데이터 유실을 위해서 상대방에게 잠시 통신을 중지할 것을 요청할 수 있습니다.
- 참고) https://prod.danawa.com/info/?pcode=9372108&cate=11230206
전송 매체 : 전기 신호를 뭘로 전송할 것임? 공기 중에 무선으로 내보낼 것인지, 케이블을 쓸 것인지?
- 유선 : 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등
- 무선 : 라디오파, 마이크로파, 적외선 등

DarrenKwonDev commented 1 year ago

랜 케이블

트위스트 페어 케이블 (랜 케이블 중 가장 대중적)
- UTP 케이블 (Unshielded Twist Pair, 비차폐) : 실드 처리 없음. 쌈. 일반적으로 사용.
- STP 케이블 (Shielded Twist Pair, 차폐) : 금속 호일 등으로 실드 처리 되어 있어 외부 노이즈에 적은 영향. 비쌈.
랜 케이블과 커넥터
- 목적에 따라 적합한 케이블을 사용해야 하며, 같은 종류의 케이블이라도 하더라도 케이블 본체의 종류에 따라 커넥터와 트랜시버의 종류가 또 달라집니다
- 가장 흔히 사용하는 트위스티드 페어 케이블은 RJ-45 커넥터를 사용합니다.
랜 케이블의 종류
- 다이렉트 케이블 : 구리선 같은 순서 매칭. 컴퓨터와 스위치 연결에 사용
- 크로스 케이블 : 1번 -> 3번, 2번 -> 6번 구리선 교차. 컴퓨터간 직접 연결에 사용. 데이터 충돌 방지 위해 구리선을 교차한 것.
- 참고) 1, 2, 3, 6번 구리선을 사용하며 그 외의 구리선은 사용하지 않음.

DarrenKwonDev commented 1 year ago

리피터와 허브

리피터
- 전기 신호 증폭. 1:1 통신만 가능함. 따라서 실물 기기를 살펴보면 포트가 2개 밖에 없음.
허브
- 리피터의 역할을 겸하며 동시에 여러 컴퓨터를 연결할 수 있음. 따라서 포트가 다수 존재.
- 허브 기기의 특성상, 단순히 들어온 정보를 모든 포트에 전송하고, MAC 주소니 IP 주소니 하는 것을 모릅니다. (dummy hub) 때문에 전체 네트워크 성능이 줄어드는 문제가 있어 현재는 사용하지 않습니다.

DarrenKwonDev commented 1 year ago

4장: 데이터 링크 계층

물리 매체로 받은 데이터의 Noise 등 오류에 대한 오류 제어 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙을 정하는 계층

이더넷

LAN 네트워크 환경에서 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙 중 가장 일반적.
목적지 정보 추가로 허브 통해 받는 컴퓨터
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 충돌 방지 -> 스위치 쓰면 되어서 사용하지 않음.
- CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지 확인
- MA : 케이블에 데이터가 흐르고 있지 않다면 데이터를 보내도 좋다.
- CD : 충돌이 발생하고 있는지 확인한다.

이더넷 규격

$통신속도(Mbps) $전송방식 - $케이블
10 BASE - T // 10Mbps baseband, UTP 케이블

2018년 기준 1000BASE-T가 일반적

2계층 이해를 위한 기반 지식

이더넷 프레임과 패킷의 차이

사실 엄격하게 구분하기 보다 그냥 계층 내려가면서 만들어지는 덩어리를 '패킷'이라고 퉁쳐서 부름.
쉽게 생각하면, 데이터 링크 계층에 내려온 패킷을 프레임이라고 봐도 무방함.
- 예를 들어보자. 웹 프론트에서 http ajax를 하나 쐈다.
- 응용계층에서 http 헤더 붙고, 전송 계층에서 tcp 헤더 붙고, 네트워크 계층에서 ip 헤더 붙고, 데이터 링크 계층에서 mac 헤더 붙음. 이러한 캡슐화 과정에서 2계층 단계에 온 덩어리를 프레임이라 부름.

MAC 주소 (Medium access control)

28:05:FF:58:31:35

앞의 24비트(3byte)는 OUI, 국제 기구에서 받은 NIC 제조사 코드 뒤의 24비트(3byte)는 UAA, 각 제조사에서 자체적으로 할당하는 부분

전 세계에서 유일하다라고 책에서 설명하지만 사실 MAC 주소는 유일하지 않을 수 있습니다. 애초에 (OS에 따라 다르지만)MAC 주소를 변경할 수 있기 때문에...이 경우에는 동일 네트워크 내에서 중복되지만 않는다면 문제를 일으키지 않습니다.
앞의 24비트를 통해서 장비를 만든 제조사를 조회할 수 있다. IEEE 홈페이지 가면 가능함 https://regauth.standards.ieee.org/standards-ra-web/pub/view.html#registries

이더넷 프레임

패킷의 Header를 살펴보면 Destination Address (도착지 MAC 주소), Source Address (출발지 MAC 주소), Ethernet Type(이더넷 타입) 그 외 여러 정보로 구성. 도착지, 출발지 각각 6byte 할당 (mac주소가 6byte니까), 이더넷 타입은 2byte 할당. 총 14바이트
이더넷 유형(Ethernet type)은 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류

DarrenKwonDev commented 1 year ago

스위치(2L)

2계층의 스위치라는 말은 곧, MAC 주소를 이해할 수 있으며, 전기 신호를 모든 서버에 보내는 것이 아니라 목적지 주소를 인식하고 정확한 목적지로만 전기 신호를 보냅니다. 때문에 해당 정보를 받지 않는 다른 서버들은 다른 일을 할 수 있게 됩니다.
스위치 내부에는 MAC 주소 테이블(MAC address table, bridge table)이라는 것이 있다. MAC 주소 테이블은 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소가 매핑되어 있음. 이를 기반으로 MAC 주소 필터링이 가능함.
- 이더넷 프레임 까서 든 출발지 MAC 주소보고 알아서 채워 넣음.
- 최초 통신의 경우 목적이 MAC에 해당하는 포트를 못 찾으니 송신 포트를 제외한 다른 포트에 모조리 다 전송함. 이를 flooding, 플러딩 이라 함.

DarrenKwonDev commented 1 year ago

ARP

처음 통신을 하려고 하면 요청을 보내는 측은 자신의 IP, MAC 주소와 상대방의 IP 주소는 알고 있지만 상대방의 MAC 주소를 모르고 있습니다. 2계층의 MAC 주소와 3계층의 IP 주소는 아무런 관련이 없기 때문에 상대방 IP 주소를 알고 있다고 해도 MAC 주소를 계산 내지는 유추할 수 없는 것이죠. 따라서 어떻게 해야 한다? 상대방에게 물어봐야 합니다.

상대방의 MAC 주소를 알기 위해서는 ARP 브로드캐스트를 이용하여 네트워크 전체에 상대방의 MAC 주소를 질의합니다. ARP 브로드캐스트를 받은 목적지는 ARP 프로토콜을 이용하여 자신의 MAC 주소를 보내줍니다.

이 과정을 마쳐야 비로소 요청을 보내는 측은 상대방의 MAC 주소를 캡슐화하여 상대방에게 요청을 보내게 됩니다.

ARP 테이블

브로드캐스트는 모든 곳에 '방송' 하듯이 요청하는 것인데, 당연히 비용이 많이 소요됩니다. 각 호스트가 네트워킹을 할 때마다 매번 이런 요청을 먼저 보내야 한다면 비효율적일 것입니다. 따라서 ARP 프로토콜을 통해 얻은 상대방 MAC 주소는 잠시 ARP 테이블에 보관해두었다가, 일정 시간 이상 통신하지 않으면 지워집니다.

이 ARP 테이블을 직접 보고 싶으시다면 아래와 같은 명령어로 확인할 수 있습니다.

arp -a

DarrenKwonDev commented 1 year ago

통신 방식

전이중 통신 방식: 데이터의 송수신을동시에 통신하는 방식. 데이터를 동시에 전송해도 충돌이 발생하지 않음.

두 서버 사이를 직접 랜 케이블로 연결
스위치

반이중 통신 방식: 회선 하나로 송신과 수신을번갈아가면서 통신하는 방식. 데이터를 동시에 전송하면 충돌이 발생.

허브

DarrenKwonDev commented 1 year ago

기타 지식

L3 스위치와 라우터 차이가 뭐야
- L2 header를 참고하여 스위칭하는 장비를 스위치라 함.
- L3 header를 참고하여 스위칭하는 장비를 라우터라 함.
- 그러나 종종 스위치라 붙은 장비임에도 ip packet 기반 스위칭을 지원하는 경우가 있다. 이러한 경우를 L3 스위치라 부른다면, L3 스위치와 라우터의 차이 구분이 모호해진다. 이 둘의 구분은 사실상 무의미하다고 함.
- 참고) https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=nackji80&logNo=220228728915&redirect=Dlog&widgetTypeCall=true&topReferer=https%3A%2F%2Fdarrengwon.tistory.com%2F1306&directAccess=false
CSMA/CD 말고 다른 충돌 방지 방식은 없나요
- 타임 슬롯 방식 : 토큰 버스, 토큰 링 방식.
이더넷에 대한 영상
- https://www.youtube.com/watch?v=iKn0GzF5-IU

maroo25 / self-learning-network