Ethernet
인터페이스 & 프로토콜 파트 중 High-Speed
1. Ethernet
- LAN, WAN, MAN 등에서 사용하는 유선 컴퓨터 네트워크 기술
- 19세기 빛의 전달 매질로 가정되었던 에테르(Ether)라는 개념에서 유래되었으며, 현재는 역사적인 의미를 지닌다
- 1980년에 상업적으로 도입되었고, IEEE 802.3 통신 규격을 통해 표준화
- TCP/IP와 HTTP와 강하게 결합되어 현재도 여러 분야에서 사용중
- 과거에는 두꺼운 동축 케이블을 사용했으나, 현재는 다양한 매체를 사용하며, 전송 거리, 속도, 환경 등에 따라 적절한 매체를 선택하여 사용한다
- 데이터 스트림을 이더넷 프레임이라는 조각을 통해 전송.
- 다양한 이더넷 규격이 존재하므로, 설치하고자 하는 네트워크의 성능과 환경에 따라 필요한 이더넷 규격을 선택
장점
- 고속 데이터 전송
- 10Mbps에서 시작해, 현재는 1Gbps ~ 100Gbps까지 다양한 속도를 지원
- 고속 데이터 전송이 가능해, 대규모 데이터 처리와 멀티미디어 스트리밍에 적합
- 다양한 이더넷 표준이 존재하며, 네트워크 환경에 따라 적절한 속도를 선택 가능
- 높은 신뢰성과 안정성
- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식을 통해 데이터 충돌을 관리함
- 네트워크 트래픽이 많은 상황에서도 안정적인 통신을 보장함
- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식을 통해 데이터 충돌을 관리함
- 보안성
- VLAN을 통한 네트워크 분할로, 내부 네트워크를 보호하고 데이터 접근 제한 가능
- MAC 주소 필터링과 포트 보안 기능을 통해 네트워크 보안을 강화 할 수 있음
- 다양한 암호화 기술과 방화벽을 통해 네트워크 보안 위협에 대응
- 확장성
- 다양한 네트워크 장비와 호환 가능
- 스위칭 기술과 라우팅 기술을 통해 네트워크를 확장 가능
- 대규모 네트워크 환경에서도 안정적으로 운영 가능
단점
- 높은 초기 설치 비용
- 케이블, 스위치, 라우터 등 네트워크 장비의 초기 설치 비용이 높음
- 그러나 인프라가 구축되면 추가 설치 비용은 저렴함
- 케이블, 스위치, 라우터 등 네트워크 장비의 초기 설치 비용이 높음
- 복잡한 네트워크 설정
- 대규모 네트워크에서 장비 설정 및 관리가 복잡할 수 있음
- 전문적인 네트워크 지식이 필요
- 네트워크 설계 시 IP 주소 할당, 서브넷팅, 라우팅 프로토콜 설정이 필요
- 유선 설치의 제약
- 케이블 연결이 필요한 유선 통신 방식이므로 물리적 설치에 제약이 있음
- 이동성이 떨어짐
- 물리적 손상 및 장애에 취약함
- 케이블의 물리적 손상이나 네트워크 장비의 고장으로 인한 네트워크 장애 발생 가능
2. Ethernet 통신 원리
통신 과정
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1. 컴퓨터에서 데이터를 생성하면, 네트워크 카드가 이 데이터를 이더넷 프레이므로 포장함
2. 포장된 프레임은 네트워크 케이블을 통해 허브 또는 스위치로 전송됨
3. 허브 또는 스위치는 모든 포트에 연결된 장치에 프레임을 브로드캐스트하거나,
목적지 MAC 주소에 맞는 포트로만 프레임을 전송함
4. 목적지 장치는 수신한 프레임의 목적지 MAC 주소가 자신의 MAC 주소와 일치하는지 확인하고,
일치하면 프레임을 해석하여 데이터를 추출함
5. 수신된 프레임에 오류가 있는지 검사하고, 오류가 있으면 재전송을 요청함
- 프레임 기반 전송 : 데이터를 일정한 크기의 조각인 프레임으로 나누어 전송함
- MAC 주소 : 물리적 주소인 MAC 주소를 이용함
- CSMA/CD : 네트워크에 데이터를 보내기 전에 다른 장치가 이미 통신중인지 확인
- 허브, 스위치를 통해 목적지 MAC 주소에 맞는 포트로만 데이터를 전송함
데이터 포멧
- 이더넷으로 데이터를 전송하기 위해서는 이더넷 프레임이라는 포멧에 맞추어 데이터를 구성해야한다
- Premable : 송신자와 수신자 간의 송수신 동기화를 위해 1과 0을 번갈아가면서 전송
- SFD(Start of frame delimiter) : 10101011라는 1바이트 신호를 통해 시작을 알림
- Destination, Source Address : 수신자와 송신자의 MAC 주소
- Length : 데이터의 타입 또는 길이. 0x600 이상이면 데이터 타입, 0x600 미만이면 데이터의 길이
- DATA : 전송하고자하는 데이터
- CRC(Cyclic Redundancy Check) : 데이터 오류 체크
OSI 7 계층
- 이더넷은 OSI 모델 중, 물리계층과 데이터계층과 밀접하게 동작한다
- 이더넷은 물리적 신호 전송과 프레임 단위의 데이터 전송을 담당
- 물리 계층(PHY, Physical Layer)
- OSI 모델의 가장 아래 위치함
- 하드웨어 영역을 구현하며, 상위 계층인 MAC 계층에 서비스를 제공함
- 실제로 데이터를 전송하거나 수신하는 일을 함
- MAC 계층의 요청을 받아서, MAC 계층으로부터 내려온 데이터들을 네트워크로 내보내거나, 네트워크로 수신한 데이터를 MAC 계층으로 올려보낸다
- 물리 코딩 하위 계층(PCS, Physical Coding Sublayer), 물리 매체 접속 하위 계층(PMA, Physical Media Attachment), 물리 매체 종속 하위 계층(PMD, Physical Media Dependent)로 구성됨
- 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
- MAC(Media Access Control)
- 데이터 링크 계층의 하위 계층
- 이더넷 프레임을 만듬
- 네트워크 상의 단말들이 서로 통신하기 위한 주소 처리 기능 담당. 각자 고유한 주소를 가지고 있음
- CSMA/CD 방식을 이용하여 충돌 감지 및 충돌 감지 시 Back-off 알고리즘 증을 MAC에서 수행함
- LLC(Logical Link Control)
- MAC(Media Access Control)
- PDU, SDU : OSI 계층 구조에서 서로 다른 계층 간에 이동하는 데이터
- 헤더 정보(PDU, Protocol Data Unit)와 바디(SDU, Service Data Unit)로 구성됨
3. 이더넷 종류
- Fast Ethernet, Gigabit Ethernet 등이 가장 보편적으로 사용함
참조
제가 이더넷에 대해 이해한 내용이 맞나 확인해주세요.
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