네트워크 교실-2

1계층의 역할 - 케이블(파이프)이 연결되어 있는 기기에 신호를 전달하는 것. 수신처에 데이터를 전달.

 > 2계층 부터 상위계층은 '데이터를 보내기 전에 어떤것을 할지', '데이터가 도달한 뒤에 어떤것을 할지'를 생각하는 것이다.

 

1계층이 정하는 것 - 컴퓨터와 케이블을 연결하는 '인터페이스'(케이블의 잭과 인터페이스 쪽의 삽입구의 형태, 비트를 신호로 변환하는 방법 등), 보내지는 데이터인 '신호'(신호의 종류, 신호의 형태 등), 신호가 지나가는 '케이블'(재질, 구조 등)

 

유선을 사용하는 것이 일반적인 방식. 전기신호를 사용하는 동선과 광신호를 사용하는 광파이버가 있다.(둘다 많이 사용하지만 일반 가정이나 기업에서 보는 것은 동선케이블)

UTP(Unshielded Twist Pair cable) - 두개가 한쌍인 동선 네쌍으로 이루어짐. 현재 일반적으로 LAN에서 사용되는 케이블임. 광파이버 케이블의 신호의 안정과 통신속도가 뛰어나지만 굽히기가 어렵다. 그에 비해 UTP는 비교적 굽히기 쉬운편이라 좁은 곳에 배선하기 수월하여 더 많이 사용됨.

 

인터페이스 - 컴퓨터가 보내고 싶은 데이터를 케이블에 맞는 신호로 변환해서 케이블로 보내고, 케이블에서 보내온 신호를 컴퓨터에서 사용하는 데이터로 변환하는 기계이다. LAN용 케이블에접속하기 위한 NIC가 일반적임. 최근 가정용 PC는 대부분 NIC가 부착. WAN의 경우 통상적으로 NIC 부착하지 않고 별도의 DCE라는 신호변환기를 사용.

 > LAN의 경우는 PC에 달려 있는 인터페이스 NIC에서 송신하고, WAN의 경우는 PC의 인터페이스에서 DCE로 신호를 보내면 DCE가 WAN의 케이블에 맞는 신호로 다시 변환.

인터페이스는 비트를 신호로, 신호를 비트로 변환하는 기기. 신호에서 아날로그 신호(파장)와 디지털 신호가 있다.

현재 통신에서 사용되는 것은 'on'과 'off'로 구분되는 디지털 신호가 많다. 신호의 형태와 전송방법에 따라 통신속도가 결정됨. 통신속도는 일반적으로 1초동안 전해지는 비트수로 표현되는 경우가 많은데, 단위로 사용되는 것이 'bps'(bit per second)이다.

 > 통신속도는 '1초동안의 신호의 횟수'와 '1회 신호의 비트수'의 곱으로 표현.

 

신호에 발생하는 문제

전기신호는 '감쇠', '노이즈', '충돌' 등이 발생한다.

감쇠 - 장거리 케이블을 지나는 동안 저항에 의해 신호가 약해짐

노이즈 - 외적 요인에 의해 신호의 진폭이 변화

충돌 - 동일 케이블 상에 동시에 전송된 신호가 충돌해 전하를 주고받게 됨으로써 진폭이 붕괴됨

  > 케이블에 '실드'라는 처리를 해서 간섭이나 노이즈를 막을 수 있다.

  > 광파이버는 빛이라서 노이즈나 간섭을 받지 않음

  > 실드란 '케이블 동선 주위에 금속제 망을 달아서 동선에 대한 간섭이나 노이즈를 막는다,'

충돌은 멀티액세스 네트워크 등에서 일어나는 문제로 신호가 보내지고 있는 도중에 다른 신호를 보내는 경우에 발생. 이게 일어나면 전기신호가 뒤섞여서 신호의 진폭이 붕괴된다.

 > 막는방법 1. 신호를 보내는 타이밍을 서로 엇갈리게 한다(CSMA/CD) 2. 신호가 지나는 길을 나누는 방법(스위치)

 

2계층의 역할 - 신호가 닿는 범위(세그먼트 범위)에서의 데이터 전송에 관한 규정을 생각하는 단계

 

충돌 도메인 - 허브를 중심으로 복수의 컴퓨터가 연결되서 네트워크가 형성됨. 문제는 '허브는 수신한 신호에 대해 어떤 제어도 하지 않는다'는 점이다. 허브가 포트 이외의 모든 포트에 수신한 신호를 송신(플러딩). 허브에 연결되어 있는 기기가 신호를 보내면 충돌이 일어날 가능성이 있다. 신호를 송신하면 충돌이 발생할지도 모르는 범위를 '충돌 도메인'

 > 허브로 연결 되어 있는 컴퓨터는 같은 '충돌 도메인'에 있게 되는 것임!!

 

프레이밍 - 1계층에서 주고받은 신호를 비트화해 거기에 의미를 갖는 것을 말함. 프레임화. 프레이밍을 시행함으로써 송수신 되는 신호를 '데이터'로 인식할 수 있다.

 

address - 데이터를 보내는 상대와 자신을 특정하는 데이터. 유니캐스드(1대1), 브로드캐스트(1대전체) 멀티캐스트(1대다수)에 따라 각각 유니캐스트 주소, 브로드캐스트 주소, 멀티캐스트 주소를 사용한다. 각각의 기기는 유니캐스트 주소를 적어도 한개 갖고있다. (라우터처럼 복수의 인터페이스를 가진 기기는 인터페이스마다 유니캐스트 주소를 갖으므로 주소개 여러개) - 유니캐스트 주소는 유일해야됨!

MAC 주소 - 이더넷(LAN의 사실표준)에서 사용되는 주소. 인터페이스에 지정된 고정주소. 48비트 값으로 4비트마다 16진수로 고쳐서 씀.

 > 선두 24비트는 '벤더코드'라고 불리는 인터페이스를 제조한 메이커의 번호이고, 후반의 24비트는 제조한 메이커가 붙인 번호(벤더할당코드)이다. 즉, 어느 메이커가 만든 몇번째 인터페이스 라는 의미!

 

이더넷의 동작

허브에 의해 모든 기기에 도달한 프레임은 수신처 MAC 주소를 가진 기기 이외에는 파기한다.

1. 송신 컴퓨터가 유니캐스트로 프레임을 송신하면 모든 기기에 도달한다.

2. 수신한 프레임의 수신처 MAC 주소가 자신의 MAC 주소가 아닌 컴퓨터는 프레임을 파기한다.

 > '멀티캐스트'인 경우도 그룹의 번호가 있어서 그룹의 일원일 시 수신, 그 이외는 파기. '브로드캐스트'인 경우는 전체 수신이므로 반드시 수신.

이더넷에서 신호를 보내는 타이밍을 겹치지 않도록 비켜나게 함으로 되도록 충돌이 일어나지 않도록 하는데, 이를 위해서 CSMA/CD 라는 액세스 제어를 시행한다.

CS(신호감지) - 누군가가 송신 중이라면 송신하지 않는다.

MA(다중 액세스) - 아무도 송신하고 있는 않다면 송신할 수 있다.

CD(충돌 검사) - 송신후에 충돌이 일어나면 다시 재수행한다.

 > 2대가 동시에 신호를 감지한 경우 충돌이 발생하고 이것만은 신호 감지로도 막을 수 없다. 즉, 가능하면 충돌이 일어나지 않도록 하는 것이지 100% 막지는 못함.

 

스위치 - 충돌을 피하기 위해 신호가 지나는 길을 나누기 위한 기기. 허브 대신에 사용. 허브와 같이 복수의 포트를 갖고 있다.

 > 충돌은 '허브'에서 발생한다. 허브가 동시에 2개 이상의 기기로부터 신호를 수신하면 허브는 그것을 나누어서 보낼 수 없으므로 충돌이 발생.

 

MAC 주소 필터링 - 스위치 안에서 수신한 프레임을 따로따로 보낼 수 있도록 처리해서 충돌을 막는것임.

'학습'과 '스위칭'이라는 동작으로 이루어짐. 학습은 수신한 프레임의 송신처 MAC 주소를 기록. 이것으로 수신한 포트랑 MAC 주소를 연관짓는 것임.(스위치는 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소 기억) 이 대응표를 '어드레스 테이블' 이라고 한다. 프레임을 수신한 스위치는 프레임의 수신처 MAC주소를 보고 그 MAC 주소가 있는 포트만 프레임을 송신.

 > 수신처가 다른 프레임이 동시에 스위치에 도달해도 충돌은 발생하지 않게 되는 것임.

1. 어드레스 테이블에 포트에 연결되어 있는 컴퓨터의 MAC 주소를 학습 완료했다고 한다.

2. 스위치에 프레임이 도달한 경우 어드레스 테이블로부터 그 MAC 주소를 찾는다.

3. 어드레스 테이블에 실려 있는 대응하는 포트로 부터 송신한다.

4. 그래서 다른 수신처에 대한 프레임이 동시에 도달했다고 하더라도 충돌이 발생하지 않게 한다.

 > 꼭 학습먼저 하고 어드레스 테이블을 만들어야 한다.

스위치는 MAC 주소 필터링으로 '수신처가 다른 프레임이 동시에 스위치에 도달해도 충돌을 일으키지 않게 할 수 있다.

 

버퍼링 - 수신처가 같은 프레임이 동시에 도달할 때 충돌 방지해줌.

버퍼(Buffer)를 사용한 처리를 실행하는 것. 버퍼는 일시적으로 데이터를 기록해 둘 수 있는 기억기기(메모리). 충돌할 것 같은 프레임을 버퍼에 일시적으로 저장해 두는 것임.

 > 단, 기억기기(버퍼)의 용량은 제한되어 있다. 버퍼가 부족한 경우 송신을 중지.

 

반이중 통신 - 누군가가 송신중(자기는 수신중) 일 때 송신 불가능, 자기가 송신중 일때는 수신 불가능 같은 통신방법을 말함.

(<-> 전이중 통신 - 동시에 송신과 수신이 가능)

 

CSMA/CD는 반이중 통신이라 효율이 나쁜구조임. 스위치를 사용함으로써 CSMA/CD를 사용할 필요가 없어 전이중 이더넷이 가능.

 

전이중 이더넷 - 충돌이 발생하지 않게 됨으로써 전이중 통신이 가능해짐. 허브를 사용한 이더넷은 반이중 통신.

> 현재는 스위치가 보급되어서 전이중 이더넷이 당연함!