[19] CH5 Link 계층 < Link 계층 주소체계 >

< 스위치 근거리 네트워크 > 

스위치는 링크 계층에서 동작하기 때문에 링크 계층 프레임을 교환하고, 네트워크 계층 주소를 인식하지 않으며, 2계층 스위치들로 구성된 망에서 경로를 결정하는데 RIP,OSPF와 같은 라우팅 알고리즘을 사용하지 않는다.

 

스위치 네트워크에서는 링크 계층 프레임을 전달하기 위해서 IP주소가 아닌 링크 계층 주소를 사용한다. 먼저 링크 계층 주소체계를 살펴본 후, 잘 알려진 이더넷 프로토콜을 살펴본다. 

 

왜 네트워크 계층의 주소와 링크 계층 주소가 모두 필요할까? 이 절에서는 이 궁금증에 대해 애기 할 것이다. 또한 IP주소를 링크 계층 주소로 변환하는 ARP에 대해서도 살펴본다. 

 

< MAC 주소와 ARP >

 실제로 링크 계층의 주소를 가진 것은 호스트나 라우터가 아닌 호스트나 라우터의 어댑터이다. 다수의 네트워크 인터페이스를 갖고 있는 호스트나 라우터는 여러개의 링크 계층 주소를 갖게 된다. 그러나 링크 계층 스위치는 호스트나 라우터를 연결해 주는 인터페이스에 링크 계층 주소를 할당받지 않는 점을 주목하자. 그 이유는 링크계층 스위치가 호스트와 라우터 간에 데이터그램을 전달하는 일을 하기 때문이다. 

 

- 32bit ip 주소 

   - network 계층 주소 

   - Datagram을 목적지 IP subnet에 전달하는데 사용됨 

- MAC(혹은 LAN,무리) 주소 

   - 기능 : frame을 한 쪽 interface에서 물리적으로 연결된 다른 쪽 interface로 전달하는데 사용됨 

   - 48bit MAC주소 : NIC ROM에 영구적으로 기록되거나, 때때로는 software에 의해 설정할 수 있도록 구현됨.

 

MAC주소는 어떤 어댑터도 동일한 주소를 갖지 않는다. IEEE가 직접 MAC주소 공간을 관리하기 때문.

 

< LAN 주소 >

 - LAN상의 각 adaptor는 고유의 LAN주소를 갖는다. 

- MAC주소 할당은 IEEE가 관리한다.

- 제조업체는 MAC주소의 일정부분을 구매한다. 

- 비유 : MAC 주소 : 주민번호, IP주소 : 우편 주소 

- MAC 수평적 주소 >> 이동성 허용 

    - LAN card를 한쪽 LAN에서 다른 쪽 LAN에 옮겨 사용 가능 

- IP 계층적 주소 >> 이동성 없음 

    - IP주소는 node가 어떤 IP subnet에 연결되는냐에 따라 달라짐 

 

< ARP : Address REsulution Protocol >

질문 : B의 IP주소를 알고 있을 때, B의 MAC주소는 어떻게 알아낼까 ?

 - LAN 상의 각 IP node(host,router)는 ARP table을 갖고 있다. 

 - ARP table : 일부 LAN node들의 IP/MAC주소 mapping 정보를 제공 

 - TTL : 주송 mapping이 유지될 시간(보통 20분)

 

< ARP protocol : 동일 LAN 내에서 >

 - A는 datagram을 B에 전송하고자 한다. B의 MAC주소는 A의 ARP table에 있지 않다. 

 - A는 ARP query packet을 broadcast한다. 이 packet은 B의 IP주소를 포함한다.  

    - 목적지 MAC주소 = FF-FF-FF-FF-FF-FF-FF (모르기 때문) 

    - LAN내의 모든 node들은 이 ARP query를 수신한다. 

 - B가 ARP packet을 수신하면, A에게 자신의 MAC주소를 포함한 응답을 packet을 보낸다.

    - Frame은 A의 MAC주소로 전송됨

 -  A는 IP-MAC 주소 쌍을 자신의 ARP table에 일정 시간 동안 저장한다. 

    - 이 정보는 일정 시간 내에 재입력되지 않으면 사라진다. 

 

< Adderssing : 다른 LAN으로의 routing >

 1. R을 통해 A에서 B로 datagram 전송하기 (A는 B의 IP주소를 알고 있다고 가정한다.)

 2. Router R은 2개의 ARP table을 갖는다. 각 IP network(LAN)마다 한 개씩의 ARP table을 갖는다.

 

 

3. A는 출발지가A, 목적지가 B인 IP datagram을 생성한다. 

4. A는 ARP를 이용하여 router R(111.111.111.110)의 MAC주소를 알아낸다. 

5. A는 목적지를 R의 MAC주소로하는 link계층 frame을 생성한다. 그 frame은 A에서 B로 전달된 IP datagram을 담고있다

 

6. A의 NIC는 frame을 전송한다. 

7. R의 NIC는 frame을 수신한다.

8. R은 Ethernet frame에서 IP datagram을 꺼낸다. 그리고 이것이 B로 향하는 datagram임을 알게 된다. 

9. R은 ARP를 이용해 B의 MAC주소를 알아낸다. 

10. R은 A에서 B로 전달될 datagram을 담고 있는 frame을 생성하여, B로 전달한다. 

 

 

11. R의 NIC는 frame을 전송하고, B의 NIC는 수신한다. 

 

12. B는 datagram을 꺼낸다. 

network layer출발지 목적지 주소는 그대로 사용 라우터를 지나더라도 변하지 않는다. 일정하게 유지

link layer의 frame의 MAC주소 변한다.(라우터 거치기 때문)

 

< Ethernet > 

널리 사용되고 있는 유선 LAN기술 

 - 값싼 NIC

 - 최초로 널리 사용된 LAN 기술 

 - 다른 LAN기술에 비해 간단하고 저렴 

 - 속도 : 10Mbps - 10Gbps

< Star topology >

 - Bus topology가 90년대 유행이였음 

   - 모든 node가 서로 충돌할 수 있음 

- 오늘날 : star topology가 유행임 

   - 능동 switch가 중앙에 위치

   - Node 사이에 충돌이 없음 

< Ethernet Frame 구조 >

송신 adapter는 IP datagram(혹은 다른 network계층, protocol packet)을 Ehternet frame내에 캡슐화 한다. 

Preamble: Pattern 10101010이 7번 반복된 다음에 pattern 10101011이 이어짐 , 수신기 clock과 송신기 clock속도를 서로 동기화하는데 사용됨.

 

-Destination/source address : 각각 6byte

   - 만약에 adapter가 자신의 주소와 같은 목적지 주소를 갖는 frame이나 broadcast frame을 수신하면 frame내의 data를 network계층으로 전달한다. 

   - 그렇지 않으면, adapter는 frame을 폐기한다. 

- Type : 상위 계층 protocol을 나타낸다.(대부분 IP)

- CRC : 오류 검출용. 오류발생이 검출되면 그 frame은 폐기됨.

 

< Ethernet : 비신뢰적, 비연결형 >

 - 비연결형 : 송신 NIC와 수신 NIC 사이에 handshaking이 없음 

 - 비신뢰적 : 수신 NIC는 ACK나 NACK를 송신 NIC에 보내지 않음 

    - Network 계층에 전달되는 datagram들 중 손실된 부분이 있을 수 있음

    - TCP가 사용되면, 이렇게 손실된 부분은 TCP에 의해서 채워질 것.

    - TCP가 사용되고 있지 않으면, 응용계층에서 손실된 부분을 채워야 함 

- Ethernet의 MAC protocol : unslotted CSMA/CD

 

< 802.3 Ethernet 표준 : Link계층과 물리 계층 정의됨 >

 - 여러 종류 Ethernet 표준이 있음 

    - MAC protocol과 frame구조는 동일함 

    - 데이터 속도가 다름 

    - 물리 계층 매체가 다름 : 광섬유,cable