이더넷

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이더넷(Ethernet)은 컴퓨터 네트워크의 거의 근간이 되는 기술 중 하나로, 물리적인 네트워크를 조직하는 기술 중 하나다. 특히 LAN은 대부분 이더넷으로 구축된다. 토큰링, Netware 등의 경쟁기술을 물리치고 현대의 표준이 되었다.

1 개요[편집]

이더넷은 1계층 물리 인터페이스와 2계층 데이터링크를 아우르는 프로토콜로, 이더넷, 인터넷 프로토콜이 중심인 TCP/IP 참조 모델에서 OSI 1계층과 2계층을 하나로 보는 이유 중 하나다. 어차피 2계층을 비트로 쪼개서 보내는 게 1계층의 역할이기 때문에 둘을 떼어서 보기 좀 애매하다.

제록스에서 1973년에 개발되었으며, 당시에는 동축 케이블을 사용하는 버스형 네트워크였다. DEC, 인텔, 제록스가 협업하여 이더넷의 표준인 "DIX 표준"을 1980년에 발표했다. 보통 이더넷을 IEEE 802.3 표준이라고 말하지만, IEEE 표준은 MAC 기술을 전체적으로 아우르는 형태라서 DIX 표준 이더넷과 약간 다르다. 물리적인 부분(1계층)은 대체로 IEEE 표준을 따르고 있지만, 소프트웨어적인 부분(2계층)은 DIX 표준을 주로 따른다.

현대에는 "메트로 이더넷"이라는 MAN 수준의 기술로 확대되어, 기존의 저속 WAN 기술을 다 물리치고 유선 네트워크의 확고한 사실상의 표준으로 자리잡았다.

2 물리[편집]

2.1 케이블[편집]

  • 동축 케이블
    10BASE5 MAU
    초기의 이더넷은 동축 케이블을 통해 통신했다. 버스형 토폴로지를 사용했으며 토큰링과 달리 CSMA/CD 기반의 충돌감지 전송을 사용한다. BNC 커넥터로 마감한다.
    • 10BASE2(ThinNet): 10Mbps의 속도로 토폴로지를 185m까지 구성할 수 있다. 비교적 얇은 케이블을 썼다.
    • 10BASE5(ThickNet): 10Mbps의 속도로 토폴로지를 500m까지 구성할 수 있다. 지름이 1cm에 달하는 두꺼운 케이블을 썼으며 클라이언트로 분배할 때는 MAU라는 장비로 피어싱하여 분기했다.
  • 꼬임선
    Cat 5.jpg
    1990년부터 도입된 기술로, 4쌍의 꼬임선을 묶은 ANSI/TIA-568 표준 케이블을 사용한다. 동축 케이블보다 성능이 좋으면서 가격이 저렴해 가장 널리 보급된 기술이다. RJ-45 커넥터로 마감한다. 통신 범위는 100m로 제한된다.
    • 10BASE-T
    • 100BASE-T
    • 1000BASE-T
    • 10GBASE-T
  • 광 케이블
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    1993년부터 도입된 기술로, 비싼 자재를 사용하나 장거리, 광대역 전송이 가능해 효율적인 통신이 가능하다.
    • 100BASE-Fx
    • 1000BASE-Fx
    • 10GBASE-Fx

2.2 장비[편집]

  • NIC(Network Interface Card)
    호스트에 장착되는 인터페이스 카드로 흔히 "랜 카드"라고 많이 부른다. BNC 단자, 시리얼 단자, RJ-45 단자, 지빅 단자 등 다양한 종류의 인터페이스를 사용하며, 물론 RJ-45 단자를 사용하는 인터페이스 카드가 압도적으로 많다.
  • 허브 · 리피터
    동축/꼬임선 겸용 허브
    통신 케이블은 저전압을 사용하므로 조금만 멀리가도 감쇄의 영향을 받아 신호세기가 감소한다. 그래서 통신 거리를 연장하기 위해 리피터를 사용하여 신호세기를 되살리고, 여기에 출구 포트를 여럿 놔둔 것이 "허브"다. 얼핏 보면 스타형 토폴로지로 보이지만, 실질적으로는 버스형 토폴로지와 다름없기 때문에 CSMA/CD의 사용이 절실하다.
  • 스위치 · 브릿지
    포트별로 토폴로지를 분리할 수 있는 장비다. 각 포트별로 MAC 주소를 기억하고 있으며, 데이터링크 프레임을 까보고 행선지 MAC 주소에 따라 맞는 포트로만 메시지를 보내서 CSMA/CD의 필요성을 크게 감소시키고 네트워크 효율을 개선했다. 초기에는 소프트웨어 위주로 운영되는 브릿지를 사용했지만, 기술의 발전에 따라 하드웨어 가속만으로 토폴로지 분리운영이 가능한 스위치가 등장했다. 스위치가 쓰이는 네트워크는 스타형 토폴로지에 해당한다.

2.3 CSMA/CD[편집]

  • Carrier-sense multiple access with collision detection

버스형이나 링형 토폴로지를 사용하는 네트워크는 2대 이상의 호스트가 동시에 통신을 시도할 경우 비트 스트림이 중첩되면서 신호가 소멸되어 통신이 실패된다. ALOHA는 중첩되던 말던 그냥 내질렀기 때문에 통신에 자주 실패했다. 이 부분을 보완하여 네트워크 상에 통신이 진행중인지 감시하고, 충돌이 발생했을 때 대처하는 방법이 CSMA/CD다.

  1. 반송선(Carrier)을 감시(Sense)한다.
  2. 비트 스트림이 없는 경우(네트워크가 비어있음) 통신을 시작한다.
  3. 다른 호스트가 도중에 들어올 경우(Collision detection) 네크워크 전체에서 통신을 중단한다.
  4. 각자 임의의 시간만큼 대기한 후 통신을 다시 시작한다.
  5. 16회 이상 충돌할 경우 전송 불능으로 처리한다.

CSMA/CD에 의거 중첩으로 인해 영향 받는 범위를 "콜리전 도메인"이라고 부른다. 모든 호스트가 한 줄에 물려있는 버스형, 링형 네트워크, 비트 스트림을 무조건 모든 포트로 전파하는 "허브"를 사용하는 네트워크는 전체 네트워크가 콜리전 도메인에 속하며, 대규모 네트워크가 이런 식으로 짜여 있을 경우 잦은 충돌로 인해 통신이 어려워진다.

네트워크 스위치라우터는 비트 스트림을 필요한 포트로만 전달하므로 콜리전 도메인이 각 인터페이스 포트 단위로 축소된다. 네트워크 스위치가 보편화된 90년대 이후로는 CSMA/CD의 필요성이 크게 줄어들었다.

3 데이터링크[편집]

3.1 프레임[편집]

프레임의 구조

원래 "프레임"이라 함은 데이터링크 계층에서 사용하는 PDU의 전반적인 명칭이나, 이더넷 외에는 거의 사용되지 않으므로 이더넷의 표준으로 통용된다. 그 중에서도 DIX 2.0 표준을 사용한다. 프레임의 크기(MTU)는 통상 1500bytes로, 헤더와 트레일러가 20바이트이므로 담길 수 있는 데이터는 1480바이트가 된다.

3.2 MAC 주소[편집]

MAC 주소는 데이터링크에 물리는 모든 장비가 할당받는 주소로, IP 주소와 달리 물리적으로 영구히 할당되는 주소다. 대신 중복에는 관대해서, 같은 브로드캐스트 도메인 내에 중복되는 장비가 없으면 사용하는 데 큰 지장은 없다.

중간에 라우터를 지나는 경우, 라우터를 지나면서 도착지 MAC 주소가 다음 라우터나 도착지 호스트의 MAC 주소로 바뀐다. 이는 인터넷 프로토콜의 라우팅에 의한 것으로, IP 주소는 계속 도착지를 가리키면서 MAC 주소가 그때 그때 넘어가야 할 다음 장비의 주소를 가리킨다. 출발지도 마찬가지 이유로 경유한 장비의 MAC 주소로 바뀐다.

MAC 주소는 48비트로, 16진수 12자리로 표현한다. 앞의 6자리는 제조사를 뜻하며, 뒤의 6자리는 제조사에서 부여한 고유 번호다. 통상 2자리씩 끊어서 중간에 콜론이나 줄표를 넣어 표기하며, 일부 장비(시스코 등)은 4자리식 끊어서 표기한다. 브로드캐스트 주소는 FF:FF:FF:FF:FF:FF다.

4 각주