[K-Shield][Jr] 2계층 - 데이터 링크( Data Link )

• MAC이라는 주소를 사용하여 통신한다.
• Point to Point( 직접 연결된 ) 간 데이터 전송을 담당하며 흐름 제어, 오류 제어 기능이 존재한다.
  • MAC 주소를 통해 LAN 속 장치 간의 신뢰성 있는 정보( Frame )를 전송한다.
• MAC( Media Access Control Address )
  • 데이터 링크 계층에서 통신을 위한 NIC에 할당된 고유 식별자를 말한다.
  • 16진수로 표현하며, 총 6 byte( = 48 bit )로 구성된다.
  • 상위 3 byte는 제조 업체 식별 코드 OUI( Organizetional Unique Identifier )를 나타낸다.
  • 하위 3 byte는 고유 번호를 부여하기 위한 시리얼 넘버를 나타낸다.

• 이더넷( Ethernet )
  • MAC 주소를 통해 식별하는 유선 네트워크 구성 방식
  • LAN에서 적용되는 규칙으로 스위치 같은 장비에 연결된 장비들의 데이터 통신을 위해 사용
  • CSMA/CD 방식을 이용한 통신

2계층 프로토콜은 이더넷 외에도 Token Ring, FDDI, Wi-Fi 등이 존재한다.

 

CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, 반송파 감지 및 접속 및 충돌 탐지 )

• Carrier Sense : 신호 감지
• Multiple Access : 다중 접근
• Collision Detection : 충돌 방지

 

Ethernet Frame

• Ethernet 네트워크를 통해 전송되는 데이터 단위이며, 헤더, 데이터( 페이로드 ), 트레일러로 구성된다.

Preamble

• 물리계층에서 전송된 비트패턴
• 송신자와 수신자의 동기를 맞추는데 사용한다.
• 7 byte의 크기이며 항상 10101010... 으로 설정한다.

SFD( Start of Frame Delimiter )

• 1 byte 형태의 물리 계층이 끝나고 프레임 헤더를 알려주는 신호 역할
• 항상 10101011 이며 마지막 두 필드 11에 의해 프레임 시작을 알린다.

Preamble과 SFD는 프레임의 일부는 아니지만 동기화를 위해 사용된다.

Preamble과 SFD는 패킷 캡처 시 캡처되지 않는다.

 

Destination Address

• 프레임이 전송되는 대상 장치의 MAC 주소
• 6 byte
• ex) AA:AA:AA:BB:BB:BB

Source Address

• 프레임을 보내는 장치의 MAC 주소
• 6 byte
• ex) CC:CC:CC:DD:DD:DD

Ethernet Type

• 상위 계층의 Protocol 코드 값
• 3계층에서 어떤 통신을 할지 결정
• 2 byte
• IP : 0x0800, ARP : 0x0806 등

Data/Payload

• 상위 계층에서 내려온 데이터
• 7계층 부터 3계층의 캡슐화 된 데이터
• 상위 계층의 데이터 크기에 따라 46 byte ~ 1500 byte까지 유동적인 길이를 가진다.

FCS( CRC ) = Trailer ( Frame Check Sequence( Cyclic Redundancy Check ) )

• 오류를 확인하는 필드
• Destination Address와 Source Address, 길이, 데이터 영역의 합을 계산해서 에러를 판별한다.
• 송신 측에서 FCS에서 CRC를 추가해서 보내고 수신 측에서도 동일한 방법으로 추출한 결과와의 일치성으로 오류 검사를 하는 기술이다.

 

데이터 링크 계층의 장비

스위치

• LAN에 위치한 장치를 연결하는데 사용한다
• L2 스위치라고도 불리며 MAC 주소를 저장할 수 있는 특징이 있다.
• MAC 주소를 저장할 수 있기 때문에 스위칭 기능이 존재한다.
  • 스위칭 기능은 자신이 원하는 목적지에 데이터를 전송하는 기법을 의미한다.
• 패킷을 전달할 때 Preamble을 제외한 상위 6 byte( Destination MAC Address )만 목적지 MAC주소만 읽고 전달한다.

 

 

ARP( Address Resoluion Protocol )

• 주소 결정 프로토콜로 해당 IP에 맞는 맥 주소를 가지고 오는 프로토콜이다.

ARP의 헤더를 살펴보자.

 

Hardware Type

• 2계층 네트워크 유형을 정의
• Ethernet의 경우 0x0001로 설정

Protocol Type

• 3계층에서 사용하는 프로토콜을 정의
• IPv4일 경우 0x0800으로 설정

HW addr Length

• MAC 주소의 길이를 정의
• Ethernet의 경우 6 byte로 설정

Protocol addr Length

• 3계층 프로토콜의 길이를 정의
• IPv4의 경우 4 byte로 설정

Operation

• 패킷 유형
• ARP 요청의 경우 1, ARP 응답의 경우 2를 설정

Sender HW Address

• 발신자의 MAC 주소를 설정

Sender IP Address

• 발신자의 IP 주소를 설정

Target HW Address

• 목적지의 MAC 주소를 설정

Target IP Address

• 목적지의 IP 주소를 설정