[Network] Link Layer(2) - 이더넷(Ethernet)과 ARP 테이블, 프레임 구조

1. Ethernet 

LAN 의 약자는 Local Area Network 이다. 그리고 LAN의 종류중 하나가 Ethernet 이다. 

Ethernet의 frame 구조는 다음과 같다. Link Layer 계층에서의 데이터프레임의 명칭이 frame이다. 

preamble

destination address

source address

type

data - IP protocol

CRC  - error checking

frame 은 header와 데이터로 이루어져 있으며, 이 데이터에는 ip packet의 내용이 담겨져 있다. 

Ethernet이 사용하는 MAC protocol 은 CSMA/CD이다.

Link Layer가 하는 일 중 하나가 link 에 access 하는 것이다. 여기서 link 란 네트워크 토폴로지에서 node와 node를 잇는 link에 해당하며, 데이터를 전송하기 위해서는 당연히 link를 타고 들어가야 목적지에 도착한다. 그런데 문제는 여러개의 node들이 하나의 broadcast link를 공유하는 상태일때 충돌이 발생할 수 있다는 점이며, 충돌을 방지하기 위한 규약이 MAC protocol 이다. 
MAC protocol 의 종류가 다양한데, 그 중 이더넷은 CSMA/CD 프로토콜을 따른다. 
CSMA/CD도 다른 MAC protocol 과 유사하게 idle 상태일때 데이터를 전송한다. 그런데 특이한 점은, CSMA/CD는 TCP/IP 처럼 데이터를 잘 받았다고 확인하는 의미로 ACK를 사용하지 않는다는 것이다. 이더넷의 경우, cable에 의해 연결되어 있고 이 케이블들에 의해 signal이 보호받고 있다. 그래서 충돌 상황이 있지 않는 한 재전송을 하지 않아도 된다. 같은 말로는 이더넷에서 재전송이 일어나는 유일한 경우는 충돌이 일어났을 때이다. 

2. MAC address 와 ARP 

MAC address는 LAN address, physical address, link layer address라고도 불린다. (이 중에서 MAC address가 가장 흔하게 쓰인다) MAC address는 지역적으로 (locally) 쓰이며, 한 인터페이스에서 물리적으로 연결된 다른 인터페이스로 frame을 보내기 위해서 물리 주소가 필요하다. 

host A가 google로 전송한다고 하자. 이 경우 source address는 A이고, destination address는 google이 된다. 

그런데 실제로 host A가 전송한 프레임은 우선 gateway protocol로 보내진다. 그리고 gateway protocol에서는 forwarding table을 참고해서 next hop의 IP주소를 얻는다. 이 IP 주소를 얻은 후 , ARP (Address Resolution Protocol) 가  ip주소에 대응되는 MAC address (물리주소)를 찾는다. MAC address를 알아야 다음 hop으로 전송할 수 있다!! 

이를 그림으로 그려보았다!! 

frame의 형태는 다음과 같을 것이며, 

Destination Address인 R1의 MAC address는 ARP 테이블에서 얻는다.