이더넷 / 이더넷 프레임

✔ 이더넷(Ethernet)

• 현대 유선 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용되는 기술
• 다양한 통신 매체의 규격, 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고받는 방법 등이 정의된 기술

 

유선 LAN 환경은 대부분 이더넷을 기반으로 구성

• 물리 계층에서 사용되는 케이블 - 이더넷 규격을 따름
• 데이터 링크 계층에서 주고받는 프레임 - 이더넷 프레임 형식을 따름

 

국제 표준으로서의 이더넷

• 이더넷은 IEEE 802.3(= 이더넷과 관련된 다양한 표준의 모음)이라는 이름으로 국제 표준이 됨
• 이더넷 표준에 따라 지원되는 네트워크 장비, 통신 매체의 종류, 전송 속도 등이 달라짐

 

✔ 이더넷 표기법

• 전송 속도BASE-추가 특성

e.g.) 1000BASE-SX / 5GBASE-T

 

✔ 전송 속도

• 숫자만 표기되어 있으면 Mbps 속도
• 숫자 뒤에 G가 붙는 경우 Gbps 속도
• 무조건 해당 속도 보장 X → 최대 지원 속도

 

✔ BASE

• 베이스밴드(BASEband)의 약자, 변조 타입(modulation type)을 의미
• 변조 타입: 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법

 

✔ 추가 특성(additional distinction)

• 통신 매체의 특성을 명시
• 다양한 특성이 명시될 수 있음

1. 전송 가능한 최대 거리 (e.g. 10BASE-2, 10BASE-5)
2. 물리 계층 인코딩 방식 - 데이터가 비트 신호로 변환되는 방식
3. 레인 수 - 비트 신호를 옮길 수 있는 전송로 수
4. 등등

• 가장 중요한 추가 특성: 통신 매체의 종류

 

✔ 통신 매체의 종류

• C: 동축 케이블
• T: 트위스티드 페어 케이블
• S: 단파장 광섬유 케이블
• L: 장파장 광섬유 케이블

e.g.)
10BASE-T: 10Mbps 속도를 지원하는 트위스티드 페어 케이블
1000BASE-SX: 1000Mbps 속도를 지원하는 단파장 광섬유 케이블
1000BASE-LX: 1000Mbps 속도를 지원하는 장파장 광섬유 케이블

 

• 고속 이더넷(Fast Ethernet): 100Mbps 가량의 속도를 지원하는 이더넷 표준
• 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet): 1Gbps 가량의 속도 지원
• 10기가비트 이더넷(10 Gigabit Ethernet): 10Gbps 가량의 속도 지원

 

✔ 이더넷 프레임

• (데이터 링크 계층) 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임
• 캡슐화를 거쳐 송신됨: 상위 계층 정보 + 헤더 + 트레일러
• 역캡슐화를 거쳐 수신됨: 헤더, 트레일러 제거 후 상위 계층으로 올려보냄

- 헤더: 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이
- 페이로드: 데이터
- 트레일러: FCS

 

✔ 프리앰블(preamble)

• 이더넷 프레임의 시작을 알리는 8바이트(64비트) 크기의 정보
• 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보
• 첫 7바이트는 10101010 값을 가지고, 마지막 바이트는 10101011 값을 가짐

실질적인 송수신 정보를 담고 있는 필드는 아님

 

✔ 수신지 MAC 주소 / 송신지 MAC 주소

• '물리적 주소'라고도 불림
• 일반적으로 고유하고 변경되지 않는 주소 (절대적인 건 X)
• MAC 주소는 네트워크 인터페이스마다 부여되는 6바이트(48비트) 길이의 주소

*네트워크 인터페이스: 호스트가 통신매체에 유무선 혹은 가상의 통신매체와 연결되는 지점
(네트워크로 나가기 위한 관문)
- LAN 내의 송수신지 특정
- 일반적으로 NIC(Network Interface Controller) 장치가 네트워크 인터페이스 역할을 담당
- 한 컴퓨터에 MAC 주소도 여러 개 있을 수 있음

 

컴퓨터의 MAC 주소 확인

• window: getmac /v 혹은 ipconfig /all (물리적 주소)
• macOS/Linux: ifconfig (ether)

 

✔ 타입/길이

• 타입(type) 혹은 길이(length) 명시
• 필드에 명시된 크기가 1500(16진수 05DC) 이하일 경우: 이 필드는 프레임의 크기(길이)
• 필드에 명시된 크기가 1536(16진수 0600) 이상일 경우: 타입

*타입이란?
- 이더타입(ethertype)이라고도 함
- '어떤 정보를 캡슐화했는지' 나타내는 정보
- 대표적으로 상위 계층에서 사용된 프로토콜이 명시됨

 

타입	프로토콜
0800	IPv4
86DD	IPv6
0806	ARP

✔ 데이터

• 상위 계층에서 전달받거나 전달해야 할 내용 (페이로드)
• 최대 크기: 1500바이트 / 최소 크기: 46바이트
• 46바이트보다 작다면 크기를 맞추기 위해 패딩(padding)이 채워짐 (보통 0으로 채움)

 

✔ FCS(Frame Check Sequence)

• 오류 검출용 정보: FCS는 수신한 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인하기 위한 필드
• 이 필드에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)라는 오류 검출용 값이 명시됨

 

이더넷 외의 기술: 토큰 링(token ring)

• 호스트들이 링(고리) 형태로 연결
• 호스트끼리 돌아가며 토큰(token)이라는 특별한 정보를 교환
• 네트워크 내 다른 호스트에게 메시지를 송신하려면 반드시 이 토큰을 가지고 있어야 함

 

 

출처

개발자를 위한 컴퓨터공학 2: 혼자 공부하는 네트워크