[TCP/IP] 네트워크 인터페이스 계층

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[TCP/IP] 인터넷 계층과 라우팅

네트워크 인터페이스 계층

네트워크 인터페이스 계층은 네트워크의 하드웨어를 제어하는 부분이다. 여기서 하드웨어는 네트워크 어댑터나, LAN케이블, 광 케이블 등을 포함한다. 인터넷 계층이 하드웨어 동작에 대해서는 신경 쓰지 않고 동작할 수 있도록 만들어 주는 것이 네트워크 인터페이스 계층의 역할이다. OSI 참조 모델에서는 프로토콜과 같이 소프트웨어와 관련된 부분을 데이터 링크 계층이라고 하고, 하드웨어와 관련된 부분을 물리계층이라고 구분한다.

네트워크 통신에 사용되는 하드웨어들은 장비 간의 접속 방식이나 신호를 주고받는 방식 등이 다양한데, 이러한 내용은 각종 사양이나 규정에 정의되어 있다.

MAC 어드레스

네트워크 어댑터(NIC, Network Interface Card)에는 MAC(Media Access Control) 어드레스라고 하는 식별 번호가 부여되어 있다. 이 식별 번호는 제조사가 제조 단계부터 붙이는 것으로, 전 세계의 네트워크 장비들이 서로 구분될 수 있도록 할당된다. 

20:c9:12:34:d0:bd 같이 16진수 12글자로 표기한다. 제조사 식별 번호로 24비트, 제품 식별 번호 24비트를 각각 할당한다.

MAC 어드레스는 유선 LAN의 이더넷이나 무선 LAN 외에도 블루투스와 같은 다양한 데이터 통신에서 활용된다. 네트워크 인터페이스 계층이 보내는 데이터를 프레임(frame)이라고 부르는데, 이 프레임 안에 송신지와 수신지의 MAC 어드레스 정보가 들어간다. 프레임에는 IP 패킷도 데이터영역에 포함되어 있다. MAC 어드레스는 다음 장비까지만 가리킬 수 있다. 라우터를 넘나들면서 프레임과 수신지 MAC 어드레스는 다음 라우터의 MAC 어드레스를 포함하며 교체되는 식이다.

이더넷

유선 LAN은 통신 장비끼리 케이블로 연결하게 되는데, 이때 이더넷(Ethernet)이라는 규격을 사용한다. 통신 속도나 접속 방식에 따라 세부규격이 존재한다. 수신 측의 네트워크 어댑터는 전압의 높낮이가 변화하는 신호를 받아 디지털 신호로 만든다. 이때 어디서부터 신호의 시작인지를 나타내기 위해 프레임 앞부분에는 프리앰블(preamble)이라는 패턴을 두어 기준을 삼는다.

네트워크 허브

유선 LAN에서는 네트워크 허브라는 장비에 케이블을 연결해서 네트워크를 구성한다. 일반 가정에서는 인터넷 서비스 업체에서 임대한 인터넷 라우터를 사용하는 것이 일반적인데, 이 단말기에는 네트워크 허브 기능이 내장되어 있다. 네트워크 허브에는 리피터 허브, L2스위치, L3스위치 등이 있다.

L2스위치

스위칭 허브라고도 한다. OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층을 의미한다. 포트에 연결된 각 호스트의 MAC 어드레스를 기억해 두었다가 통신할 당사자 간에만 데이터를 전달하기 때문에 통신 과정에서 다른 호스트가 보내는 패킷 신호와의 충돌을 피할 수 있다.

브로드캐스트 도메인(Broadcast domain)

수신지의 주소가 브로드캐스트 어드레스일 때 데이터가 전달되는 범위이다. L2스위치로 네트워크를 구성하였다면 네트워크 전체가 브로드캐스트 도메인이 된다. 연결된 호스트가 많을 경우, DHCP나 OS파일 공유 등과 같은 브로드캐스트 통신이 자주 사용되면 네트워크 내에 대량의 패킷이 발생해서 망이 혼잡해질 수도 있다.

L3스위치

OSI 참조 모델 중 네트워크 계층에 해당한다. VLAN(Virtual LAN)기능이 있다. LAN을 몇 개의 가상 네트워크로 분할해서 통신 효율을 높인다. VLAN으로 구성하면 브로드캐스트 패킷을 VLAN내의 호스트 범위로만 제한하여 전달할 수 있다.  VLAN간에는 라우터처럼 라우팅을통해 통신하게 된다.

무선 LAN

이더넷과 마찬가지로 프레임을 주고 받는데 이 때 프레임의 MAC 어드레스 필드는 4개가 된다. 무선 LAN끼리 통신하는 경우와 무선 LAN뒤에 유선LAN이 연결되는 경우 등에 따라 MAC 어드레스 정보가 할당되는 방식이 달라진다.

ARP

이더넷이나 무선 LAN으로 데이터를 보내려면 수신 측의 MAC 어드레스를 알고 있어야 한다. 이때 ARP(Address Resolution Protocol)이 사용된다. 송신 측에서 요청 패킷에 수신 측의 IP 어드레스를 담은 후 네트워크 전체에 브로드캐스트한다. 요청을 받은 호스트들 중 자신의 IP가 요청 패킷에 있으면 MAC 어드레스를 응답 패킷에 담아서 응답한다. 송신지의 장비는 수신지의 장비 IP 어드레스를 이용해 MAC을 알 수 있게 되는 것이다.

MAC 어드레스의 브로드캐스트 어드레스는 ff:ff:ff:ff:ff:ff이다.

이더넷 헤더에 ARP헤더가 더해져서 ARP 통신을 할 수 있게 된다.

프록시 ARP(Proxy APR)는 호스트 대신 라우터가 ARP에 응답하는 기능이다. ARP요청은 수신지의 네트워크 내에 있는 호스트들에게 브로드캐스팅되는데, 만약 서브넷 마스크가 다른 호스트가 있다면 네트워크가 달라서 전달되지 않는다. 이 사이에서 라우터가 프록시 ARP 기능으로 자신의 MAC 어드레스를 대신 응답하여 데이터를 중계할 수 있도록 만들 수 있다.

FTTx와 xDSL

광섬유 케이블을 사용하는 통신을 FTTx라고 하고 FTTH(Fiber To The Home)이 제일 많이 알려져 있다. 광 회선이 어디까지 들어오느냐에 따라 명칭이 조금씩 달라지는데, 이를 통틀어서 FTTx라고 부른다.

금속 케이블을 사용하는 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)이나 VDSL(Very-high-bitrate Digital Subscriber Line)등을 통틀어 xDSL이라고 부른다.

PPP(Point to Point Protocol)

원격지에 있는 컴퓨터를 일대일로 연결하기 위한 프로토콜이다. 이더넷에서는 PPPoE를 사용한다.

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