네트워크 계층과 L2·L3 통신
🌿 자라는 중
1. 네트워크 개요
- 네트워크: 사용자끼리 통신하도록 서로 연결해 놓은 체계
- 범위 분류: LAN(한정된 공간, 근거리) ↔ WAN(넓은 지역 연결, 원거리)
- 통신 방식: Unicast(1:1) / Broadcast(1:All, 불특정 다수) / Multicast(1:多, 특정 그룹 → 케이블·IPTV)
2. 프로토콜과 계층
- 프로토콜: 서로 다른 장비가 정해진 규칙으로 데이터를 주고받는 통신 규약. 같은 계층끼리 통신함
- 모델: OSI(7계층 이론 모델, 하위 L1
L4 / 상위 L5L7) ↔ TCP/IP(실제 인터넷에서 쓰는 구조) - 캡슐화 방향: 전송은 상위→하위(헤더 추가), 수신은 하위→상위(헤더 제거)
계층별 요약 (L1~L4)
| 계층 | 역할 | 전송 단위(PDU) | 식별 주소 | 대표 장비 |
|---|---|---|---|---|
| L1 Physical | 0/1을 전기 신호로 변환·전송 (주소 개념 없음) | Bit | 없음 | 케이블 |
| L2 Data Link | 같은 네트워크 내 프레임 송수신 (에러 감지 FCS / 흐름 제어 CSMA/CD) | Frame | MAC | NIC, L2 스위치 |
| L3 Network | 다른 네트워크 간 데이터 전달 (라우팅) | Packet | IP | 라우터, L3 스위치 |
| L4 Transport | 종단 간(End-to-End) 신뢰성·흐름 제어 | Segment | 포트 번호(TCP/UDP) | L4 스위치 |
3. L2 통신 (같은 네트워크 내부)
MAC 주소 기반으로 같은 Broadcast Domain 안에서 Frame 단위로 통신한다.
- MAC 주소: 장비마다 부여되는 48bit 고유 주소. 앞 24bit는 OUI(제조사 식별) / 뒤 24bit는 장비 고유번호. Broadcast는 FF-FF-FF-FF-FF-FF. 스위치의 MAC 테이블에 기록되어 포워딩 판단
- ARP: IP는 아는데 MAC을 모를 때 Broadcast로 요청 → 상대가 Reply로 응답. 같은 네트워크는 응답, 다른 네트워크는 응답 없음(→ Broadcast Domain 경계 확인). 캐시에 일시 저장, 동일 네트워크 내에서만 사용 → 자세한 동작은 ARP개념 및 ARP Request와 ARP Reply 동작 차이
- GARP (Gratuitous ARP): 자신의 IP·MAC을 Broadcast로 알림 → IP 충돌 감지 / ARP 테이블 갱신 / 가상 IP Master 전환(VRRP)
- VLAN: L2 스위치에서 논리적으로 네트워크 분리. 같은 스위치라도 VLAN이 다르면 다른 네트워크처럼 동작 → Broadcast 트래픽 격리로 효율 증가
4. L3 통신 (다른 네트워크 간)
IP 주소 기반으로 서로 다른 네트워크 간 Packet 단위로 전달한다. 같은 네트워크가 아니면 라우터로 넘긴다.
- IP 주소: IPv4(32bit) / IPv6(128bit, IPv4 부족 대응). 공인/사설 구분, 네트워크 주소 + 호스트 주소로 구성
- 클래스: A(첫 비트 0, Net 1B·Host 3B) / B(10, Net 2B·Host 2B) / C(110, Net 3B·Host 1B)
- 서브넷 마스크: IP를 네트워크/호스트로 구분. Network 자리에 1, Host 자리에 0 (1은 연속이어야 유효). Prefix는 1의 개수(255.255.255.0 → /24). IP AND Subnet Mask = Network ID
- 게이트웨이: 다른 네트워크로 나가는 출입구(라우터가 수행). 모르는 목적지는 기본 게이트웨이(Default Gateway)로 보냄
정처기 포인트
본문(L1~L4)에 더해, 시험에서 자주 나오는 암기·함정만 모은다.
OSI 7계층 전체 - 본문은 L1~L4까지만 다뤘다. 상위 3계층을 채우면 대비 완성.
| 계층 | 이름 | 역할 | 대표 프로토콜 |
|---|---|---|---|
| L7 | 응용(Application) | 사용자 서비스 | HTTP, FTP, SMTP, DNS |
| L6 | 표현(Presentation) | 암호화·압축·인코딩 | JPEG, MPEG, SSL/TLS |
| L5 | 세션(Session) | 연결(세션) 관리·동기화 | - |
| L4 | 전송(Transport) | 종단 간 신뢰성 | TCP, UDP |
| L3 | 네트워크(Network) | 라우팅 | IP, ICMP |
| L2 | 데이터링크(Data Link) | 같은 망 프레임 전송 | Ethernet, PPP |
| L1 | 물리(Physical) | 비트 전송 | - |
- 암기법: All People Seem To Need Data Processing (L7→L1)
- ARP는 교재에 따라 L2 또는 L2·L3 경계로 분류한다 - 문제 지문 기준을 따른다.
IP 클래스 범위 - 첫 옥텟을 십진수로 외운다.
| 클래스 | 첫 옥텟 | 기본 마스크 | 용도 |
|---|---|---|---|
| A | 0 ~ 127 | /8 | 대형망 |
| B | 128 ~ 191 | /16 | 중형망 |
| C | 192 ~ 223 | /24 | 소형망 |
| D | 224 ~ 239 | - | 멀티캐스트 |
| E | 240 ~ 255 | - | 연구용 |
사설 IP 대역(RFC 1918) - 단골.
- 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 (
10.0.0.0/8) - 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 (
172.16.0.0/12) - 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 (
192.168.0.0/16)
서브넷 계산 - 계산문제 단골.
- 할당 가능한 호스트 수 =
2^(32−prefix) − 2(네트워크·브로드캐스트 주소 2개 제외) - 예) /24 → 2⁸−2 = 254대 · /26 → 2⁶−2 = 62대
- 서브넷 개수 =
2^(빌려온 비트 수)
함정 모음
- PDU 순서 바꿔치기: L4 세그먼트 / L3 패킷 / L2 프레임 / L1 비트
- 장비 계층: 스위치 = L2, 라우터 = L3 (L3·L4 스위치도 존재)
- A클래스 범위는 0
127이지만126127.x는 루프백(자기 자신) 예약 → 실제 할당은 1 - 호스트 수 계산에서
−2를 빼먹게 하는 함정
한 줄: 7계층 APSTNDP, 클래스 A 0127·B 128191·C 192~223, 호스트 수 2^(32−prefix)−2.
용어
- PDU (Protocol Data Unit): 각 계층의 정보 처리 단위 (L4 Segment / L3 Packet / L2 Frame / L1 Bit)
- FCS (Frame Check Sequence): L2에서 프레임 오류를 감지하는 값 (감지만 하고 수정은 안 함)
- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection): 이더넷의 매체 접근·충돌 감지 방식. 통신 전 회선이 비었는지 확인하고, 충돌 시 재전송