프로토콜 역할, 이더넷, MAC주소, 스위칭

프로토콜이 갖고 있는 역할 중에서 가장 중요한 것은 캡슐화와 캡슐 해체화 입니다. 네트워크 통신에는 OSI 참조 모델의 계층을 넘어설 때마다 데이터를 용기(캡슐)에 넣고 꺼냅니다. 캡슐에 넣는 처리를 캡슐화, 캡슐에서 꺼내는 처리를 앱슐 해체화라고 합니다. 캡슐화와 캡슐 해체화는 애플리케이션 데이터를 보내는 서버와 그것을 받는 클라이언트를 예로 생각하면 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

송신 측에서는 캡슐화, 수신 측에서는 캡슐 해체화를 수행합니다.

서버에서 실행하는 처리가 캡슐화입니다. 서버는 상위 계층에서부터 하위계층으로 캡슐화 처리를 하여 전송용 데이터를 만들어 갑니다. 서버 애플리케이션은 만든 애플리케이션 데이터를 그 상태로 전송 계층에 전달합니다. 전송 계층은 받은 애플리케이션 데이터를 TCP/UDP 캡슐(세크먼트)에 넣어 네트워크 계층으로 전달합니다. 네트워크 계층은 받은 세그먼트를 IP캡슐(패킷)에 넣어 데이터링크 계층으로 전달합니다. 데이터링크 계층은 받은 패킷을 이더넷 캡슐(프레임)에 넣어 물리계층으로 전달합니다. 물리 계층은 받은 프레임을 신호로 보내기 좋은 비트로 변환한 후 전기 신호나 광 신호로 만들어 보냅니다.

이와 반대로 클라이언트에서 실행하는 처리가 캡슐 해체화입니다. 클라이언트는 하위 계층에서부터 상위계층으로 캡슐 해체화 처리를 하여 원래의 애플리케이션 데이터로 되돌려 갑니다. 먼저 물리 계층에서 전기신호, 광 신호를 받으면 비트로 변환한 후 프레임으로 만들어 데이터링크 계층으로 전달합니다. 데이터링크계층은 받은 프레임에서 패킷을 꺼내 네트워크 계층으로 전달합니다. 네트워크 계층은 받은 패킷에서 세그먼트를 꺼내 전송 계층으로 전달합니다. 전송계층은 받은 세그먼트에서 데이터를 꺼내 원래의 애플리케이션 데이터를 클라이언트 애플리케이션에게 전달합니다.

제 2계층 프레임에 이더넷 헤더를 추가합니다.

제 3계층 패킷에 대부분의 경우 IP 헤더를 추가합니다.

제 4계층 세그먼트에서 TCP 또는 UDP 헤더를 추가합니다.

제 5~7계층 애플리케이션 데이터에서 서버 애플리케이션이 작성한 서비스용 데이터를 통신에 적합한 형태로 만듭니다.

 

이더넷과 MAC주소

이더넷에서 프레임을 만듭니다. 제 1계층과 제 2계층에서 필수불가결한 규격이 이더넷입니다. 유선 네트워크의 경우 거의 대부분이 이더넷을 사용하고 있다고 생각해도 됩니다. 이더넷은 제 3계층(네트워크 계층)으로 받은 데이터(패킷)에 프레임의 처음을 나타내는 프리앰블과 목적지(수신자)와 출발지(송신자)를 나타내는 헤더, 비트 오류 체크에 사용하는 FCS를 추가하여 프레임을 만듭니다.

MAC 주소로 컴퓨터를 식별합니다.

이더넷은 MAC주소라는 48비트로 된 식별자를 이용하여 컴퓨터를 식별합니다. MAC주소는 8비트마다 하이픈이나 콜론으로 구분하여 16진수로 표기하는데 상위 24비트와 하위 24비트가 각각 다른 뜻을 가집니다. 상위 24비트는 전기 및 전자관계 기술자 단체인 미국전기전자학회가 기기의 제조업체별로 할당한 제조업체 코드입니다. OUI라고 하는데 이부분을 보면 기기의 제조업체를 알 수 있습니다. 하위 24비트는 제조업체 내부에서 기기별로 고유한 값으로 할당한 코드입니다. MAC주소는 IEEE가 고유한 값을 관리하고 있는 상위 24비트와 각 제조업체가 고유하게 관리하고 있는 하위 24비트를 조합한 값으로 정의합니다. NIC에 할당되어 있는 MAC주소는 전 세계에서 하나밖에 없는 고유한 값이 됩니다.

컴퓨터가 데이터를 송신할 때는 자신의 MAC주소를 출발지 MAC주소, 데이터를 보낼 상대방의 MAC주소를 목적지 MAC주소로 하여 헤더에 넣음으로써 프레임을 만듭니다.

 

스위칭

이더넷 네트워크는 스위치를 중심으로 구축합니다.

이더넷은 스위치라는 네트워크 기기를 중심으로 컴퓨터를 배치해 가는 스타형 토폴로지라는 연결형태를 채택하고 있습니다. 대형 가진 판매점이나 회사 책상 등에서 LAN 포트를 많이 탑재한 네트워크 기기를 본적이 있을까요? 그것이 바로 스위치입니다. 유선 네트워크의 경우 컴퓨터는 LAN 케이블을 경유하여 스위치에 연결되어 있다고 생각하면 됩니다.

MAC 주소 테이블을 사용하여 스위칭합니다.

스위치는 프레임이 들어온 LAN 포트 번호와 그 프레임의 출발지 MAC주소를 테이블로 만들어 일정 기간동안 기억해 둡니다. 불필요한 프레임 전송을 막고 이더넷 네트워크의 통신 효율을 향상시킬 수 있습니다. 스위치가 수행하는 프레임 전송을 스위칭이라고 하고, 스위치가 스위칭에서 사용하는 LAN 포트 번호와 출발지 MAC 주소의 테이블을 MAC주소 테이블이라고 합니다.