[Network] 데이터링크 계층 (2계층)
데이터링크 계층은 ‘같은 네트워크’ 의 ‘네트워크 장비’들 사이에서 신호를 주고받는 규칙을 정하며, 가장 많이 통용되는 규칙은 Ethernet Protocol 이다.
데이터링크 계층의 기능은 두 가지 키워드로 정리할 수 있다.
- 흐름제어 : 어떤 장비에서 어떤 장비로 데이터를 전송할지 제어 –> 이더넷 헤더
- 오류제어 : 전송하려는 데이터에 오류는 없는지 확인, 제어 –> 이더넷 트레일러
또한 데이터링크 계층은 같은 네트워크(LAN) 에서의 데이터 전달을 정의해주는 계층이므로,
다른 네트워크(WAN)로의 데이터 전달을 위해서는 3계층(네트워크 계층)의 도움이 필요하다.
2계층에서 사용하는 주소는 ‘물리적 주소’로 물리계층에서 살펴본 MAC주소를 의미한다.
MAC주소는 제조사번호 + 고유번호로 총 48비트로 구성되어있으며,
1바이트는 8비트이므로, MAC주소는 6바이트로 구성되어 있다고도 볼 수 있다.
2계층에서 데이터(payload)에 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 데이터를 Frame이라 하며, 아래와 같이 구성된다.
이더넷 프로토콜의 헤더는 총 14바이트로 구성되어 있다.
- 목적지 MAC주소 : 6바이트
- 출발지 MAC주소 : 6바이트
- 유형 : 2바이트
여기서 ‘유형’이란, 상위 계층(3계층 - 네트워크 계층)의 프로토콜 종류를 의미하며,
IPv4의 경우 16진수 번호 0800, IPv6의 경우 86DD, ARP의 경우 0806 이 들어간다
이더넷 프로토콜의 입장에서는 현재 페이로드 내부의 3계층 프로토콜의 내용을 모르기 때문에,
3계층 프로토콜을 미리 알려주는 것이다.
이더넷 프로토콜의 트레일러는 오류검출을 위해 사용되는데,
데이터의 손실, 손상이 발생하였는지를 알아내기 위해 bit의 개수를 짝수개로 맟춰주는 역할을 한다고 한다…(자세한 내용은 교재에서 다루지 않아서 모르겠다.)
ARP (Address Resolution Protocol)프로토콜이란 ?
2계층에서 데이터를 전송하는데 전송지의 MAC주소를 모른다면,
지정된 IP주소를 통해 목적지 컴퓨터의 MAC주소를 알아낼 수 있다.
이처럼 IP주소를 통해 목적지 컴퓨터의 MAC주소를 알아내는 3계층 프로토콜을 ARP라 한다.
목적지 MAC주소를 모르는 출발지 컴퓨터는 네트워크에 ‘ARP 브로드캐스트’를 보내고,
지정된 IP주소의 장비만 응답으로 본인의 MAC주소를 보낸다(ARP reply).
Reply를 받으면, 출발지 컴퓨터는 응답 컴퓨터의 MAC주소와 IP가 맵핑된 ARP Table을 메모리에 올린다.
이후의 데이터 통신은 이 ARP Table의 정보를 통해 실행되는데,
목적지 컴퓨터의 IP주소가 바뀌면 이 정보도 변경되어야 하므로, ARP Table은 캐시로 지정되어 일정 시간이 지나면 삭제하고 다시 ARP request를 보낸다.
현재 윈도우 운영체제 컴퓨터의 ARP Table을 확인하려면 arp -a 명령어를 쳐보면 된다.
ARP Table의 결과인데, 인터넷 주소(IP)와 물리적 주소(MAC address)가 맵핑되어 있음을 확인할 수 있다.
저 테이블의 첫 번째 IP주소는 현재 사용하고있는 공유기 IP인데,
인터넷 공유기는 고정IP가 아닌 유동IP를 사용하므로 유형이 ‘동적’이다.
IP에 관한 내용은 네트워크 계층에서 더 자세히 다루어보도록 하자.
Wireshark 패킷 캡쳐로 Ethernet header 확인해보기
ping 으로 구글 (8.8.8.8)에 패킷을 보내고, 와이어샤크로 이더넷 패킷캡쳐를 해보자.
ping은 ICMP(Intefnet Control Message Protocol) 프로토콜로, 목적지에 패킷을 보내고 응답이 오는지를 검사하는 역할을 한다.
위와 같이 ping을 8.8.8.8에 쐈고, ping은 기본적으로 4번 보내는 것으로 세팅이 되어있기에 4번의 응답이 표시된다.
와이어샤크에서 ICMP로 필터링을 하면 해당 패킷을 볼 수 있다.
보다시피 ping으로 4번의 request, 4번의 reply가 이루어졌으며,
사용된 프로토콜은 아래에서부터 각각 ICMP, IPV4, Ethernet 으로 이루어진 것을 볼 수 있다.
자, 여기서 Ethernet 부분만 보면,
위와 같이 16진수가 총 14개가 보인다.
첫 6개는 목적지의 MAC주소, 두 번째 6개는 내 컴퓨터의 MAC주소,
나머지 2개는 상위 프로토콜의 유형이다.
Ping 패킷을 구글로 쏘면, 일단 데이터가 내가 현재 쓰고있는 Wifi 공유기로 향해야 한다.
구글 서버는 다른 네트워크에 있으므로, 일단 데이터링크 계층에서는
같은 네트워크에 위치한 다른 네트워크 장비인 인터넷 공유기로 데이터를 보내야 하기 때문이다.
위 ARP테이블에서 확인했듯이, 현재 내 공유기의 물리적 주소는 C8-3A-35-07-EC-10 이며,
ipconfig -all 로 확인한 내 노트북 LAN카드의 MAC주소는 10-63-C8-51-BB-FB이다.
위 Ethernet 패킷에 나온 첫 12개 비트와 일치함을 확인할 수 있다.
유형은 0800인데, 이는 ping의 상위 네트워크 계층의 프로토콜이 IPv4임을 의미한다.
여기까지가 데이터링크 계층의 내용이다.
다음 포스팅에서는 드디어! IP주소를 통한 네트워크끼리의 통신을 제어하는 3계층 - 네트워크 계층에 대해 알아보도록 하자.