이더넷 LAN이란?

우리가 사용하는 인터넷 환경의 가장 기초가 되는 기술은이더넷 LAN입니다. 사무실, 학교, 가정 등 대부분의 근거리 통신망(LAN)은 이더넷 기술을 기반으로 구축되어 있습니다. 이번 시간에는 현대 네트워크의 근간을 이루는 이더넷의 역사부터 동작 원리, 그리고 물리적인 케이블링까지 자세히 알아보겠습니다.

이더넷의 탄생과 발전

• 초기 이더넷 (10Mbps): 동축 케이블을 사용했으며, 버스 형태로 장비들을 연결했습니다. (10BASE5, 10BASE2)
• 패스트 이더넷 (Fast Ethernet - 100Mbps): UTP 케이블과 허브(Hub)를 사용하는 스타 형태로 발전하며 속도를 10배 향상시켰습니다. (100BASE-TX)
• 기가비트 이더넷 (Gigabit Ethernet - 1Gbps): 오늘날 널리 사용되는 표준으로, 스위치(Switch)와 고품질 UTP 케이블(Category 5e 이상)을 사용해 1Gbps의 속도를 구현했습니다. (1000BASE-T)
• 10 기가비트 이더넷 이상: 현재는 10Gbps를 넘어 40Gbps, 100Gbps 이더넷까지 표준화되어 데이터 센터 등에서 활발히 사용되고 있습니다.

이 모든 발전 과정에서 이더넷은 초기 표준과의 호환성을 유지하며 안정적으로 시장을 장악할 수 있었습니다.

CSMA/CD

초기 이더넷 환경에서는 하나의 통신 회선(매체)을 여러 장치가 공유했습니다. 이로 인해 두 개 이상의 장치가 동시에 데이터를 전송하려 할 때 충돌(Collision)이 발생하는 문제가 있었습니다. 이더넷은 이 문제를 해결하기 위해 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)라는 규칙을 사용합니다.

1. Carrier Sense (CS) : 골목에 진입하기 전, 반대편에서 차가 오는지 먼저 살핀다. (데이터를 보내기 전, 네트워크 회선이 사용 중인지 확인)
2. Multiple Access (MA) : 여러 대의 차가 이 골목을 함께 사용한다. (여러 장치가 하나의 회선을 공유)
3. Collision Detection (CD) : 만약 양쪽에서 동시에 차가 진입해 중간에서 충돌하면, 두 차 모두 뒤로 물러나 임의의 시간 동안 기다린 후 다시 진입을 시도한다. (데이터 충돌이 감지되면, 모든 장치는 전송을 중단하고 무작위 시간 동안 대기한 후 재전송)

이 방식은 허브를 사용하던 반이중(Half-duplex) 통신 환경의 핵심 원리였습니다. 하지만 오늘날에는 대부분 스위치를 사용하는 전이중(Full-duplex) 방식으로 전환되었습니다. 스위치는 각 장치에 전용 통신 경로를 할당해주므로 충돌 자체가 발생하지 않아 CSMA/CD 규칙이 더 이상 필요하지 않게 되었고, 이로 인해 네트워크 효율이 100%에 가깝게 향상되었습니다.

MAC 주소

네트워크에 연결된 모든 장치는 전 세계에서 유일한 식별 번호를 가집니다. 이를 MAC 주소(Media Access Control Address) 또는 물리적 주소라고 합니다.

• 구조 : 48비트(6바이트)로 구성되며, 보통 16진수로 표기합니다. (예: 0A-12-3C-4B-67-DE)
• 구성
  • 앞 24비트 (OUI) : 제조사를 식별하는 고유 번호입니다.
  • 뒤 24비트 : 제조사가 각 장치에 부여하는 일련번호입니다.
• 역할 : 이더넷 네트워크는 기본적으로 연결된 모든 장치에 데이터를 뿌리는 브로드캐스트 방식으로 동작합니다. 각 장치는 수신된 데이터의 목적지 MAC 주소를 확인하여 자신의 주소와 일치할 때만 데이터를 처리하고, 나머지는 폐기합니다.

이더넷 프레임

데이터는 네트워크를 통해 전송될 때 그냥 보내지는 것이 아니라, 프레임(Frame)이라는 정해진 형식으로 포장됩니다. 이 프레임 구조는 데이터가 어떤 의미를 가지는지 정의합니다.

• 주요 구성 요소
  • Preamble & SFD : 프레임의 시작을 알리고 동기화를 맞추는 신호입니다.
  • 목적지 및 발신지 MAC 주소 : 데이터를 받을 장치와 보낸 장치의 주소 정보입니다.
  • Length/Type : 데이터의 길이나 상위 계층 프로토콜(예: IP)의 종류를 나타냅니다.
  • Data : 실제로 전송하려는 데이터 본문입니다.
  • FCS (Frame Check Sequence) : 전송 중 데이터에 오류가 발생했는지 검사하기 위한 값입니다.

이더넷 케이블링

이더넷은 주로 TP(Twisted Pair) 케이블, 그중에서도 가격이 저렴한 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블을 사용합니다. UTP 케이블은 8가닥의 구리선을 두 가닥씩 꼬아 총 4쌍으로 구성되어 있으며, 꼬임의 정도에 따라 성능이 구분됩니다(Category).

UTP 케이블은 연결하는 장비의 종류에 따라 두 가지 방식으로 제작됩니다.

• 표준 케이블 (Straight-through) : 케이블 양 끝의 핀 배열이 동일합니다. PC와 스위치, 라우터와 스위치처럼 서로 다른 종류의 장비를 연결할 때 사용합니다.
• 크로스오버 케이블 (Crossover) : 케이블 양 끝의 송신(TX)과 수신(RX) 핀 배열이 교차되어 있습니다. PC와 PC, 스위치와 스위치처럼 서로 같은 종류의 장비를 연결할 때 사용합니다.

최근에는 대부분의 장비가 Auto-MDIX 기능을 지원하여 케이블 종류를 자동으로 감지하므로 사용자가 직접 구분할 필요가 없어졌지만, 네트워크의 기본 원리를 이해하는 데 있어 여전히 중요한 개념입니다.