네트워크는 컴퓨터 장비를 선으로 연결해 서로의 데이터를 읽고 쓰는 방법을 정의한 것이다. 네트워크를 이루기 위한 가장 기본이 되는 장비는 컴퓨터, 네트워크 장비(LAN카드 등), 선이다. 이 장비를 사용하여 각 장비 사이에 데이터를 전송하고 수신하는 네트워크이 기본 원리이다.
네트워크의 구분
네트워크를 구분하는 방법을 하드웨어(장비)로 구분한다면 구분이 되지 않는다. 네트워크를 구성하는 하드웨어 장비는 모두 동일하기 때문이다. 하지만 네트워크를 구분하는 이유는 전송되는 프레임이 다른 형식으로 전달되기 때문이다. 네트워크 종류에 따른 프레임 구성은 각 네트워크 프레임 구성을 참조하면 된다. 프레임에 따른 구분은 다음과 같다.
1. Ethernet
2. Fast Ethernet
3. Gigabit Ethernet
4. FDDI
5. Token Ring
6. ATM
이더넷(Ethernet)
이더넷은 1970년대 중반에 Palo Alto Research Center에 의해 개발되어 졌으며, IEEE에 의해 표준화 되었다.(IEEE 802.3) 이더넷이란 컴퓨터가 다른 컴퓨터와 통신하기 위한 매체로 단순하게 보면 사람은 공기를 매개체로 소리와 귀로 커뮤니케이션을 한다라고 하며, 이더넷은 컴퓨터 사이의 통신하기 위한 매체이다. 이더넷은 LAN를 위해 개발된 컴퓨터 네트워크 기술로, '이더넷'이라는 이름은 빛의 매질로 여겨졌던 에테르에서 유래되었다.
이더넷은 OSI모델의 물리 계층에서 신호와 배선, 데이터 링크 계층에서 MAC 패킷과 프로토콜의 형식을 정의한다. 현재 가장 널리 사용되고 있으며, 토큰 링, FDDI 등의 다른 표준을 대부분 대체했다. 가장 보편적으로 설치된 이더넷 시스템은 10Base-T라고 불리며 10Mbps의 전송 속도를 제공한다. 모든 장치들은 케이블에 접속되며, CSMA/CD 프로토콜을 이용하여 경쟁적으로 액세스한다.
이더넷의 특징
이더넷은 선들과 노드들로 구성되어 서로 연결되어 있는 물리적 조작들의 구성이다. 이더넷을 사용하는 모든 노드들은 이 선들을 통해 연결되어 있다. 하나의 노드는 다른 노드로 데이터를 보낼 때 스트림을 사용하는데 이 스트림은 레일 위를 달리는 기차와 같다. 기차는 선로 위만 달릴 수 있으며 시작과 끝이 있다. 선로는 선이 되는 것이고 기차는 시작과 끝이 있는 데이터이다. 이 데이터는 전자적 신호로 변경되어 비트(0과 1)들로 전달된다.
[참고: Cisco tutorial]
이 기차를 이더넷에서는 이더넷 프레임이라 부르며, 이더넷 프레임은 이더넷 선을 여행하는 비트들의 집합으로 보면 된다. 이더넷 프레임의 시작을 프레임 헤더라고 부르며 끝은 프레임 트레일러(Trailer)라고 부른다. 이더넷을 사용하는 모든 노드들은 선을 사용해 연결되어 있는데 이더넷 프레임은 모든 노드에 전달이 된다. 따라서 모든 노드들은 모든 프레임을 받게 되는데 어떻게 알아서 자신에게 오는 프레임인지 확인할 수 있을까? 이유는 모든 프레임 헤더에는 목적지의 MAC(Media Access Control) 주소를 포함하고 있기 때문이다. 모든 노드는 프레임이 들어오믄 MAC 주소를 이용하여 해당 프레임이 자신에게 온 것인지 검색하고, 자신에게 온 것이며 닫아들이고 아니면 거부해버린다. MAC 주소는 48비트로 구성되어 있으며 진법 변화도 가능하다.
이더넷은 네트워크에 연결된 각 기기들이 48비트 길이의 고유의 MAC 주소를 가지고 이 주소를 이용해 상호간에 데이터를 주고 받을 수 있도록 만들어졌다. 전송 매체로는 BNC 케이블 또는 UTP, STP 케이블을 사용하며, 각 기기를 상호 연결시키는데 허브, 스위치, 리피터 등의 장치를 이용한다. 이 MAC 주소는 모든 네트워크 인터페이스 컨트롤러의 ROM에 기록되어 있다. MAC 주소의 고유성을 보장하기 위해 IEEE에 관리자들은 주소를 두 부분으로 구분하였다. Vendor Code는 제조사의 고유번호이고, Serial Number는 제조 순번이다. 만약 시리얼 번호를 다 사용했다면 다른 Vendor Code를 제조사에 부여해준다. 또한, 이더넷은 CSMA/CD(반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지)기술을 사용한다. 이 기술은 이더넷에 연결된 여러 컴퓨터들이 하나의 전송 매체를 공유할 수 있도록 한다.
컴퓨터가 이더넷 네트워크를 사용하는 경우 다음과 같은 과정을 거친다.
- 네트워크를 사용하려는 컴퓨터는 먼저 현재 네트웤 위에 흐르고 있는 데이터가 있는지를 감지한다.
- 만약 현재 다른 데이터가 전송 중이면 사용할 수 있을 때까지 기다리고 아니면 전송을 시작한다.
- 여러 군데에서 동시에 전송을 시작해 충돌이 발생하면 최소 패킷 시간 동안 전송을 계속해, 다른 컴퓨터가 충돌을 탐지할 수 있도록 한다.
- 그 뒤, 임의 시간 동안 기다린 뒤에 다시 신호(반송파)를 감지하고, 네트워크 사용자가 없으면 전송을 다시 시작한다.
- 전송을 마치면, 상위 계층에 전송이 끝났음을 알리고 끝마친다.
- 여러 번 다시 시도했음에도 전송에 실패하면 이를 상위 계층에 알리고 끝마친다.
최근에는 대부분 이더넷 스위치를 사용하여 스위치 방식의 네트워크(switched network)를 구성하는데, 이 경우 충돌이 일어나지 않는다.