[모두의 네트워크] 3장 - 5장(물리 계층 - 네트워크 계층까지)

이번 포스팅에서는 지난번에 이어 OSI 모델의 계층에 대해 알아보자.

 

Chapter 3. 물리 계층 : 데이터를 전기 신호로 변환하기

목표
- 전기 신호를 이해한다.
- 랜 케이블을 이해한다.
- 리피터를 이해한다.
- 허브를 이해한다.

09. 물리 계층의 역할과 랜 카드의 구조

1. 물리 계층의 역할

- 데이터(0과 1의 비트열)를 전기 신호로 변환

 

2. 전기 신호

- 아날로그 신호 : 물결 모양 ex. 전화 회선, 라디오 방송 등에서 사용

- 디지털 신호 : 막대 모양

3. 랜 카드

- 네트워크를 통해 데이터를 송수신

- 0과 1을 전기 신호로 변환하는 역할

 

10. 케이블의 종류와 구조

1. 전송 매체

- 데이터가 흐르는 물리적인 선로

    - 유선 ex. 트위스트 페어 케이블, 광케이블 등

    - 무선 ex. 라디오파, 마이크로파, 적외선 등

 

2. 트위스트 페어 케이블 = 랜LAN 케이블

- 가장 많이 사용됨

- UTP Unshielded Twist Pair 케이블 = 비차폐 연선

    - 실드shield*로 보호되어 있지 않은 케이블

    - 저렴하여 일반적으로 많이 사용함

- STP Shielded Twist Pair 케이블 = 차폐 연선

    - 실드로 선을 보호한 케이블

    - 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸서 보편적으로 사용하지 않음

- 노이즈

    - 케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생

    - 전기 신호의 형태를 왜곡함

 

* 실드shield : 금속 호일/금속의 매듭 등 외부에서 발생하는 노이즈noise를 막는 역할

 

3. 랜 케이블의 종류

- 다이렉트 케이블

    - 컴퓨터와 스위치를 연결 시 사용

- 크로스 케이블

    - 컴퓨터 간에 직접 랜케이블로 연결 시 사용

 

11. 리피터와 허브의 구조

1. 리피터

- 네트워크 중계 장비

- 멀리 있는 상대와도 통신할 수 있도록 전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭함

- 일대일 통신만 가능

- 요즘은 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하여 사용하지 않음

 

2. 허브 = 리피터 허브

- 리피터와 같은 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능

- 포트(실제로 통신하는 통로)가 여러개 = 여러 대와 통신 가능

- 포트에 연결된 컴퓨터 A가 다른 포트에 연결된 컴퓨터 B로 데이터를 보낼 때, 허브는 받은 데이터를 B 뿐만 아니라 다른 포트에 연결된 나머지 컴퓨터들에도 해당 데이터를 전송함 => 더미 허브dummy hub

 

Chapter 4. 데이터 링크 계층 : 랜에서 데이터 전송하기

목표
- 이더넷을 이해한다.
- CSMA/CD 방식을 이해한다.
- MAC 주소를 이해한다.
- 스위치를 이해한다.
- 충돌 도메인을 이해한다.
- 이더넷 표준을 이해한다.

12. 데이터 링크 계층의 역할과 이더넷

1. 데이터 링크 계층

- 랜에서 데이터를 주고받기 위해 필요

- 네트워크 장비 간에 신호를 주고받는 규칙(ex. 이더넷)을 정하는 역할

 

2. 이더넷

- 가장 많이 사용되는 규칙

- 허브와 같은 장비에 연결된 컴퓨터와 데이터를 주고받을 때 사용

    - 전송될 데이터에 목적지 정보를 추가하여 목적지 이외의 컴퓨터에서는 데이터를 받더라도 무시하도록 함

- 충돌*이 일어나지 않는 구조로 되어있음

 

*충돌 : 컴퓨터 여러대가 동시에 데이터를 보내면 데이터들이 서로 부딪힐 수도 있음

 

3. CSMA/CD

- 이더넷에서 충돌을 막기 위해 시점을 늦추는 방법

- CS : 데이터를 보내려고 하는 컴퓨터가 케이블에 신호가 흐르고 있는지 아닌지 확인

- MA : 케이블에 데이터가 흐르지 않고 있다면 데이터를 전송

- CD : 충돌이 발생하고 있는지 확인

- 현재는 효율이 좋지 않아 거의 사용하지 않음

 

13. MAC 주소의 구조

1. MAC 주소 Media Access Control Address

- 랜카드에 새겨진 물리 주소

- 전 세계에 하나뿐임

 

2. 이더넷 헤더

목적지 MAC 주소	출발지 MAC 주소	(이더넷) 유형
6byte	6byte	2byte

- 이더넷 유형Ethernet type : 이더넷으로 전송되는 상위 계층 프로토콜의 종류

 

3. 트레일러 = FCS Frame Check Sequence

- 데이터 전송 도중에 오류의 발생 여부 확인하는 용도

 

4. 프레임

- 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터

 

14. 스위치의 구조

1. 스위치 = 레이어 2 스위치 = 스위칭 허브

- 데이터 링크 계층에서 동작

- 내부에 MAC 주소 테이블이 존재

 

2. MAC 주소 테이블MAC address table = bridge table

- 스위치의 포트 번호와 해당 포트에 연결된 컴퓨터의 MAC 주소가 등록되는 데이터베이스

 

3. 플러딩fldding(홍수)

- 아직 MAC 주소가 MAC 주소 테이블에 존재하지 않을 때, 송신 포트 이외의 포트에 데이터(프레임)가 전송되는 것

 

4. MAC 주소 필터링

- MAC 주소를 기준으로 목적지를 선택하는 것

 

15. 데이터가 케이블에서 충돌하지 않는 구조

1. 전이중 통신 방식

- 데이터의 송수신을 동시에 통신하는 방식 ex.랜 케이블, 스위치

 

2. 반이중 통신 방식

- 회선 하나로 송신과 수신을 번갈아가면서 통신하는 방식

- 따라서 데이터를 동시에 전송 시 충돌이 발생함 ex. 허브

 

3. 충돌 도메인

- 충돌이 발생할 때 그 영향이 미치는 범위

- 허브의 경우, 연결되어 있는 모든 컴퓨터가 하나의 충돌 도메인이 됨

- 스위치의 경우, 해당 컴퓨터만 충돌 도메인이 됨

 

16. 이더넷의 종류와 특징

1. 이더넷 규격

- 케이블 종류나 통신 속도에 따라 다양한 규격으로 분류됨

- 규격명 뜻

    ex. 10BASE-T

        - 10 : 통신 속도 = 10Mbps

        - BASE : 전송 방식 = BASEBAND

        - T : 케이블 종류

 

Chapter 5. 네트워크 계층 : 목적지에 데이터 전달하기

목표
- IP를 이해한다.
- 라우터를 이해한다.
- IP 주소를 이해한다.
- 서브넷을 이해한다.
- 라우팅을 이해한다.

17. 네트워크 계층의 역할

1. 네트워크 계층

- 서로 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전송하기 위해 필요

    = 네트워크 간의 통신을 가능하게 함

- 다른 네트워크로 데이터를 전송하기 위해선 라우터router가 필요

 

2. 라우터

- 데이터의 목적지가 정해지면, 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋은지 알려줌

- 라우팅 케이블이 존재

 

3. IP 주소

- 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 구분할 수 있도록 하는 주소

 

4. 라우팅

- 목적지 IP 주소까지 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것

 

5. IP 헤더

6. IP 패킷

- IP 헤더가 추가된 데이터

 

18. IP 주소의 구조

1. IP 주소

- 우편물의 '주소'와 같은 역할

- 데이터를 다른 네트워크의 목적지로 보내기 위해 필요

- 인터넷 서비스 제공자ISP가 제공함

- IP 버전 : IPv4(32bit), IPv6(128bit) -> IPv4가 부족해짐에 따라 IPv6를 주로 사용하게 될 예정

- 공인 IP 주소

    - ISP가 제공함

    - 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터, 라우터에 할당됨

- 사설 IP 주소

    - 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터에 할당됨

    - 네트워크 관리자가 할당하거나, 라우터의 DHCP* 기능 사용하여 자동 할당

- 실제로는 2진수로 되어있으나, 구분하기 쉽도록 10진수로 표시 : 2진수를 8bit 단위로 나눠서 표시(옥텟) -> 8bit 10 진수로 표시

- 네트워크 ID : 어떤 네트워크인지 ex. 00시 00아파트

- 호스트 ID : 해당 네트워크의 어느 컴퓨터인지 ex. 000동 000호

 

*DHCP Dynamic Host Configuration Protocol : IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

 

2. (IP 주소의) 클래스class

- 네트워크 크기 : 네트워크 ID를 크게 만들거나 호스트 ID를 작게 만들어 네트워크 크기를 조정할 수 있음

클래스명	설명	공인 IP 주소 범위	사설 IP 주소 범위
A 클래스	대규모 네트워크 주소 : 처음 8bit가 네트워크 ID, 나머지 24bit가 호스트 ID	1.0.0.0 ~ 9.255.255.255 11.0.0.0 ~ 126.255.255.255	10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B 클래스	중형 네트워크 주소 : 처음 16bit가 네트워크 ID, 나머지 16bit가 호스트 ID	128.0.0.0 ~ 172.15.255.255 172.32.0.0 ~ 191.255.255.255	172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
C 클래스	소규모 네트워크 주소 : 처음 24bit가 네트워크 ID, 나머지 8bit가 호스트 ID	192.0.0.0 ~ 192.167.255.255 192.169.0.0 ~ 223.255.255.255	192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
D 클래스	멀티캐스트(multicast) 주소
E 클래스	연구 및 특수용도 주소

 

20. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

1. 네트워크 주소

- ex. C 클래스의 사설 IP 주소

    - 호스트 ID가 10진수로 0이고, 2진수면 00000000인 주소

- 호스트 ID가 10진수고, 첫 번째 숫자가 0

- 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용

- 전체 네트워크의 대표 주소 : 호스트 ID가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표함

 

2. 브로드캐스트 주소

- ex. C 클래스의 사설 IP 주소

    - 호스트 ID가 10진수로 255고, 2진수면 11111111인 주소

- 호스트 ID가 10진수고, 마지막 숫자가 255

- 전용 IP 주소 : 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한번에 데이터를 전송하는 데 사용

 

=> 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 자신의 IP 주소로 설정하면 안됨

 

21. 서브넷의 구조

1. 서브넷의 필요성

- 수많은 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면 네트워크가 혼잡해짐

-> 대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할해야 할 필요성 : IP 주소의 효과적인 활용 가능

 

2. 서브넷팅subneting

- 네트워크를 분할하는 것

 

3. 서브넷subnet

- 분할된 네트워크

- 호스트 ID에서 bit를 빌려 서브넷으로 만들 수 있음

 

4. 서브넷 마스크

- 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값

- 프리픽스prefix 표기법 : 서브넷 마스크를 슬래시(/ bit 수)로 나타낸 것 ex. 255.255.255.0 => /24

 

22, 라우터의 구조

1. 라우터

- 네트워크를 분리할 수 있음

- 기본 게이트웨이 : 라우터의 IP 주소 = 네트워크의 출입구

 

2. 라우팅

- 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송함

 

3. 라우팅 테이블

- 경로 정보가 등록되어 있는 테이블

- 수동 등록 방법 : 소규모 네트워크에 적합

- 자동 등록 방법 : 대규모 네트워크에 적합

 

4. 라우팅 프로토콜

- 라우터 간에 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜

ex, RIP, OSPF, BGP