네트워크] 이더넷(Ethernet)에 대한 설명

 

이더넷(Ethernet)

• 다양한 통신 매체의 규격들과 송수신되는 프레임의 형태, 프레임을 주고 받는 방법 등이 정의된 네트워크 기술
• 유선 LAN 환경에서 가장 대중적으로 사용된다.

1. 물리 계층 관련 이더넷 기술 : 통신 매체

• IEEE 802.3 : 이더넷 관련 다양한 표준들의 모음. 국제 표준
  • IEEE (Institue of Electrical and Electronics Engineers) : 전기전자공학자협회. “I triple E” 라고도 부른다.
  • 오늘날에도 계속 새로운 표준이 나오고 있음.
• 다양한 물리 계층과 데이터 링크 계층의 장비(허브, 스위치, NIC, 케이블 등) 모두 특정 이더넷 표준을 따른다.
• 이더넷 표준에 따라 지원되는 네트워크 장비, 통신 매체의 종류, 전송 속도 등이 달라짐

통신 매체 표기 형태

전송 속도BASE - 추가특성

 

e.g. IEEE 802.3i 케이블 = 10BASE-T 케이블

1. 전송 속도(data rate) : 단위 Mbps (Mega bit per second)

   전송 속도 표기	의미
   10	10 Mbps
   100	100 Mbps
   1000	1 Gbps (1000 Mbps)
   2.5G	2.5Gbps
   100G	100Gbps

   e.g. 10BASE-T → 10Mbps / 10GBASE-T → 10Gbps
   
   
2. BASE : 변조 타입을 의미
   • 베이스밴드(BASEband)의 약자
   • 변조 타입(modulation type) : 비트 신호로 변환된 데이터를 통신 매체로 전송하는 방법
     e.g. 베이스밴드(BASEband), 브로드밴드(BROADband), 패스밴드(PASSband) 등
   • 디지털 방식으로 송수신하는 이더넷 관련한 표준을 준수하는 유선 통신 매체는 거의 대부분 베이스가 표기되어 있다.
3. 추가 특성(additional distinction) : 통신 매체의 특성 명시
   • 전송 가능한 최대 거리
     e.g. 10BASE-2, 10BASE-5 …
   • 물리 계층 인코딩 방식 : 데이터가 비트 신호로 변환되는 방식
     e.g. 1000BASE-CX, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX, 25GBASE-LR …
   • 레인 수 : 비트 신호를 옮길 수 있는 전송로 수
     e.g. 100GBASE-LR4, 100GBASE-SR4 …
   • 통신 매체 종류 

     추가 특성 표기	케이블 종류
     C	동축 케이블
     T	트위스티드 페어 케이블
     S	단파장 광섬유 케이블
     L	장파장 광섬유 케이블

     

     
     
     • IEEE 802.3 이더넷 주요 표준 

       IEEE 표준 규격	통신 매체  명칭	케이블 유형	설명
       IEEE 802.3	10BASE5	두꺼운 동축 케이블	초기 이더넷 표준, 대형 네트워크에서 사용
       IEEE 802.3i	10BASE-T	UTP(Unshielded Twisted Pair Cable) 케이블	스타 토폴로지 지원, LAN 환경에서 널리 사용
       IEEE 802.3u	100BASE-TX	UTP(Unshielded Twisted Pair Cable) 케이블	Fast Ethernet 표준, 중소규모 네트워크에 적합
       IEEE 802.3ab	1000BASE-T	UTP(Unshielded Twisted Pair Cable) 케이블	Gigabit Ethernet, 기존 UTP 기반 인프라 활용 가능
       IEEE 802.3bz	2.5GBASE-T	Cat5e, Cat6 UTP 케이블	기존 Cat5e, Cat6 인프라를 활용해 2.5Gbps 속도 제공
       	5GBASE-T	Cat5e, Cat6 UTP 케이블	Cat6 케이블에서 최대 5Gbps 속도 제공, 비용 효율적인 업그레이드 가능
       IEEE 802.3an	10GBASE-T	UTP(Unshielded Twisted Pair Cable) 케이블	고속 네트워크 지원, 데이터 센터 및 고성능 환경에 사용
       IEEE 802.3z	1000BASE-LX	단일 모드 광섬유	장거리 광 네트워크 전송에 최적화
       	1000BASE-SX	다중 모드 광섬유	짧은 거리의 광섬유 전송, 데이터 센터에 적합
       IEEE 802.3ae	10GBASE-SR	다중 모드 광섬유	데이터 센터 및 짧은 거리 고속 네트워크에 활용
       	10GBASE-LR	단일 모드 광섬유	장거리 전송 가능, 대규모 네트워크 환경에 적합

       • 고속 이더넷(Fast Ethernet) : 100Mbps 가량의 속도를 지원하는 표준
       • 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) : 10Gbps 가량의 속도를 내는 이더넷 표준
       • 10기가비트 이더넷 (10 Gigabit Ethernet) : 10Gbps 가량의 속도를 내는 이더넷 표

 

2. 데이터 링크 계층 관련 이더넷 기술 : 이더넷 프레임 형식

• 이더넷 프레임(Ethernet frame) : 이더넷 네트워크에서 주고받는 프레임
  • 프레임(frame) : 데이터 링크 계층에서 주고받는 메시지 단위
• 이더넷 프레임 구조

  

  
  
  • 캡슐화 : 상위 계층 정보 + 헤더 + 트레일러
    • 헤더 : 프리앰블, 수신지 MAC 주소, 송신지 MAC 주소, 타입/길이
    • 페이로드 : 데이터
    • 트레일러 : FCS
  • 역캡슐화 : 헤더, 트레일러 제거

프리앰블(preamble)

• 이더넷 프레임 전송 시작을 알림. 송수신지 간의 동기화를 위해 사용되는 정보
• 크기 : 8 byte(64 bit)
• 첫 바이트 = 10101010, 마지막 바이트 : 10101011

MAC 주소 (물리적 주소)

• 네트워크 인터페이스마다 부여되는 주소. LAN 내의 송수신지 특정
  • 일반적으로 고유하며, 잘 변경되지 않음
• 크기 : 6 byte (48 bit)
• 데이터 링크 계층의 핵심
• NIC(Network Interface Controller) : 네트워크 인터페이스 역할을 하는 장치
  • NIC가 여러개 있으면 MAC 주소가 여러 개 있을 수도 있다.
• 컴퓨터의 MAC 주소 확인
  • MacOS, Linux : 터미널 → ifconfig
  • Window : cmd → getmac /v 혹은 ipconfig /all

타입/길이

• 타입/길이 필드에는 타입 혹은 길이를 명시하는 숫자가 적혀있다.
  • 필드에 명시된 숫자 ≤ 1500 (0x5DC) → 길이
  • 필드에 명시된 숫자 ≥ 1536 (0x600) → 타입
• 길이 : 프레임의 크기
• 타입(이더타입ethertype) : 이더넷 프레임이 어떤 정보를 캡슐화했는지, 상위 계층에서 사용된 프로토콜 이름 명시

데이터

• 상위 계층에서 전달받거나 전달해야 할 내용 = 페이로드
• 크기 : 46 byte ~ 1500 byte
  • 패딩(padding) : 데이터가 46 byte보다 작을 때 채워지는 정보 땜빵용

FCS(Frame Check Sequence)

• 이더넷 프레임에 오류가 있는지 확인
• CRC(Cycle Redundancy Check) : 순환 중복 검사. 오류 검출용 값
• CRC 비교를 통한 오류 검출 과정
  1. 프리앰블을 제외한 나머지 필드 값들을 바탕으로 CRC 값 계산
  2. FCS 필드에 명시
  3. 수신지는 수신한 프레임에서 프리앰블과 FCS 필드를 제외한 나머지 필드 값을 바탕으로 CRC 값 계산
  4. FCS 필드 값과 비교
     • 비교 값이 일치하면 데이터가 그대로 잘 전송된 것
     • 비교 값이 일치하지 않으면 오류가 있다고 판단하여 해당 프레임 폐기

https://hongong.hanbit.co.kr/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC/

[한빛미디어] 혼자 공부하는 네트워크

 

https://youtube.com/playlist?list=PLVsNizTWUw7HfOCgvlfHIDPPo3TE-2iQM&si=oVu20HN0-8EWwddV

혼자 공부하는 네트워크

 

https://hooeon.tistory.com/entry/IEEE-8023-이더넷-주요-표준-자동-협상-우선순위

[IEEE 8023 이더넷 주요 표준], [자동 협상 우선순위]