[네트워크] #24 LAN (MAC 주소, ARP, Ethernet, 스위치, VLAN)

목차

1. LAN(Locak Area Network)
2. MAC 주소
3. ARP(Address Resolution Protocol)
4. Ethernet
5. Switch
6. VLAN

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1. LAN(Local Area Network)

3개의 부터, 2개의 서버, 4개의 스위치가 있는 라우터

LAN(근거리 통신망):

일반적으로 같은 건물 내에 있는 작은 지리적 영역 내에 포함된 네트워크

가정용 Wi-Fi 네트워크, 소규모 비즈니스 네트워크는 등

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2. MAC 주소

MAC(or LAN or 물리적 or 이더넷) 주소

기능: 한 인터페이스에서 물리적으로 연결된 다른 인터페이스 네트워크로 프레임을 가져옴

48비트 주소

 

LAN에 연결된 각 인터페이스에는 고유한 MAC 주소가 있음

어댑터가 프레임을 일부 대상 어댑터로 전송하려는 경우 전송 어댑터는 목적지 어댑터의 MAC 주소를 프레임에 삽입한 다음 프레임을 LAN으로 전송

브로드캐스트를 위해, 송신 어댑터는 프레임의 수진처 주소 필드에 특수 MAC 브로드캐스트 주소(즉, FF-FF-FF-FF-FF-FF)를 삽입

 

MAC address (more)

• MAC 주소는 IEEE에서 관리
  -> 제조업체는 MAC 주소 공간의 일부를 구입(독특함을 보장하기 위해)
• MAC flat address
  LAN 카드를 한 LAN에서 다른 LAN으로 이동 가능
  반면, IP 계층 주소는 이동할 수 없음 -> 주소는 IP 서브넷에 따라 다름

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3. ARP(Address Resolution Protocol)

네트워크 계층 주소(IP 주소)와 링크 계층 주소(MAC 주소)가 모두 존재함

→ 이 둘을 매칭시켜 줄 수 있는 무언가 필요

 

ARP table

LAN의 각 IP 노드(호스트, 라우터)에 테이블이 있음

일부 LAN 노드에 대한 IP/MAC 주소 매핑:

<IP 주소; MAC 주소; TTL>

TTL(Time To Live>: 주소 매핑이 유지되는 시간(일반적으로 20분)

 

ARP protocol: same LAN

• A는 B에게 데이터그램을 보내길 원함
  - A의 ARP 테이블에 B의 MAC 주소가 없음
• A는 B의 IP 주소를 포함하는 ARP 쿼리 패킷을 브로드캐스트함
  - 대상 MAC 주소 = FF-FF-FF-FF-FF-FF
  - LAN의 모든 노드가 ARP 쿼리를 수신
• B는 ARP 패킷을 수신하고 (B의) MAC 주소로 A에 응답
  - A의 MAC 주소로 전송된 프레임(유니캐스트)
• 정보가 오래될 때까지 ARP 테이블에 IP-MAC 주소 쌍을 캐시(저장)함
  - soft stat: 새로 고치지 않으면 시간 초과가 되어 캐시가 지워짐
• “plug-and-play”:
  - 특별한 설정 없이 바로바로 동작할 수 있음

 

Addressing: 다른 LAN으로 라우팅

walkthrough: R을 통해 A에서 B로 데이터그램 전송

• A가 B의 IP 주소를 알고 있다고 가정
• A가 첫 번째 hop 라우터의 IP 주소를 알고 있다고 가정, R
• A가 R의 MAC 주소를 알고 있다고 가정

 

• A에서 R로 보낸 프레임
• R에서 수신된 프레임, 데이터그램 제거, IP까지 전달

 

• R은 IP 소스 A, 대상 B가 있는 데이터그램을 전달
• R은 B의 MAC 주소를 대상 주소로 하는 링크 계층 프레임을 생성하고, 프레임은 A-to-B IP 데이터그램을 포함함

 

• R은 IP 소스 A, 대상 B가 있는 데이터그램을 전달
• R은 B의 MAC 주소를 대상으로 하는 링크 계층 프레임을 생성하고, 프레임은 A-to-B IP 데이터그램을 포함

 

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4. Ethernet

지배적인 유선 LAN 기술

특징:

• 최초로 널리 사용되는 LAN 기술
• 단순함, 저렴함
• 속도 경쟁에 뒤지지 않음

 

Bus 방식: 90년대 중반에 우세 / Star 방식: 오늘날 우세

 

Ethernet frame structure

Preamble (8bytes)

• 1 바이트의 패턴 10101011 뒤의 7 바이트의 패턴 10101010
• 수신기, 송신기 클럭 속도를 동기화하는 데 사용됨

 

Addresses (6 bytes)

• 소스, 대상 MAC 주소
• 어댑터가 목적지 주소가 일치하는 프레임 또는 브로드캐스트 주소(예: ARP 패킷)가 있는 프레임을 수신하는 경우, 어댑터는 프레임 내의 데이터를 네트워크 계층 프로토콜로 전달
• 그렇지 않으면 어댑터가 프레임을 버림

 

Type (2 bytes)

• 상위 계층 프로토콜(주로 IP)을 나타냄

 

CRC (4 btyes)

• 수신기의 주기적 중복 검사
• 오류가 감지됨: 프레임이 삭제됨

 

Data field (46 to 1500 bytes)

• IP 데이터그램을 전달
• 이더넷의 최대 전송 단위(MTU)는 1500 bytes

 

Ethernet: unreliable, connectionless

Connectionless

- NIC를 보내는 것과 받는 것 사이에 handshaking 없음

Unreliable

- NIC를 수신할 경우 NIC를 전송할 때 확인 또는 nack이 전송되지 않음

삭제된 프레임의 데이터는 초기 송신자가 상위 계층 rdt(예: TCP)를 사용하는 경우에만 복구되며, 그렇지 않으면 삭제된 데이터가 손실됨

 

이더넷의 MAC 프로토콜

비슬롯 CSMA/CD(이진 백오프 포함)

[네트워크] #23 Mulitple Access Protocols (CSMA/CD)

[네트워크] #23 Mulitple Access Protocols (TDMA, FDMA, Slotted ALOHA, CSMA/CD, Polling protocol, Token passing)

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5. Switch

링크 계층 장비

수신 링크 계층 프레임을 받아 발신 링크로 전달하는 역할

호스트는 스위치의 존재를 인식하지 못함

 

plug-and-play, self-learning

• 컴퓨터에 주변 기기 등을 접속하자마자 자동적으로 인식·설정이 이루어져 사용할 수 있는 상태
• 호스트는 스위치를 신경 쓰지 않고 프레임을 전송

 

Filtering and Forwarding

• Filtering: 프레임을 일부 인터페이스로 전달할지, 삭제할지 결정
• Forwarding: 프레임이 가야 할 인터페이스를 결정하고 인터페이스로 프레임을 이동시킴

 

스위치 필터링 및 포워딩은 스위치 테이블을 사용하여 수행됨

 

Switch: 다중 동시 통신

• 호스트가 스위치에 직접 연결되어 있음
• Ethernet protocol은 incoming 링크에 사용됨
• 스위칭: A-to-A' 및 B-to-B'는 충돌 없이 동시에 전송할 수 있음

 

Switch: self-learning

스위치는 어떤 인터페이스를 통해 어떤 호스트에 도달할 수 있는지 학습

• 프레임이 수신되면 스위치는 송신자의 위치를 학습함
• 송신자/위치 쌍을 스위치 테이블에 기록

 

Switches vs. Routers

둘 다 사전 저장 방식

• 라우터: 네트워크 계층 장치(네트워크 계층 헤더 검사)
• 스위치: 링크 계층 장치(링크 계층 헤더 검사)

 

둘 다 포워딩 테이블 있음

• 라우터: 라우팅 알고리즘, IP 주소를 사용한 테이블 계산
• 스위치: 플러딩, 학습, MAC 주소를 이용한 사용자 포워딩 테이블 학습

 

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6. VLAN (Virtual Local Area Network)

하나의 LAN segment에 연결된 단말의 개수가 많아질수록 망 성능의 저하 현상 발생 (Broadcast traffic 증가)

VLAN 기능을 지원하는 스위치는 LAN 장비 하나로 여러 가상 LAN을 구성할 수 있음

각 VLAN 내에서만 Broadcast가 전파됨

 

포트 기반 VLAN

단일 물리적 스위치가 여러 가상 스위치로 작동하도록 스위치 포트 그룹화

 

트래픽 격리: 포트 1~8 간 프레임은 포트 1~8에만 도달 가능

dynamic membership: VLAN 간에 포트 동적 할당 가능

VLAN 간 포워딩: 각기 다른 스위치와 라우터처럼 라우팅을 통해 수행됨

 

트렁크 포드

여러 물리적 스위치를 통해 정의된 VLAN 간에 프레임 전송

 

 

1. LAN(Locak Area Network)
2. MAC 주소
3. ARP(Address Resolution Protocol)
4. Ethernet
5. Switch
6. VLAN