이더넷 완전 이해
세계 LAN 표준 이더넷의 프레임 구조, CSMA/CD, MTU, 10Mbps부터 400Gbps까지의 발전 과정을 정리합니다.
지난 글에서 네트워크 장치를 고유하게 식별하는 MAC 주소를 살펴봤습니다. 이제 그 MAC 주소를 실제로 사용해 데이터를 전달하는 기술인 이더넷(Ethernet) 을 살펴봅니다. 이더넷은 오늘날 유선 LAN의 사실상 표준으로, 전 세계 기업·가정 네트워크의 토대입니다.
이더넷이란
이더넷은 1973년 제록스 팔로알토 연구소(PARC)에서 로버트 멧칼프가 발명하고, 이후 DEC·Intel·Xerox(DIX)가 공동으로 표준화한 유선 LAN 기술입니다. IEEE 802.3으로 정식 표준화됐으며, 데이터링크 계층(OSI 2계층)에서 동작합니다.
이더넷 프레임 구조
이더넷이 데이터를 전달하는 단위는 프레임(Frame) 입니다.
[프리앰블 8B][목적지MAC 6B][출발지MAC 6B][EtherType 2B][페이로드 46~1500B][FCS 4B]각 필드의 역할:
- 프리앰블(Preamble):
10101010...패턴으로 수신 NIC의 클럭 동기화 - 목적지/출발지 MAC: 각 6바이트, 프레임 전달 경로 결정
- EtherType: 상위 프로토콜 구분 (
0x0800=IPv4,0x0806=ARP,0x86DD=IPv6) - 페이로드: 실제 데이터 (IP 패킷 등), 46~1500바이트
- FCS: CRC-32 체크섬으로 오류 감지
MTU (Maximum Transmission Unit)
이더넷 표준 MTU는 1500바이트입니다. IP 패킷이 이보다 크면 단편화(Fragmentation) 가 발생합니다.
# Linux에서 MTU 확인/변경
ip link show eth0
# eth0: mtu 1500
sudo ip link set dev eth0 mtu 9000 # Jumbo Frame데이터센터 내부 통신에는 Jumbo Frame(최대 9000바이트)을 사용해 단편화 오버헤드를 줄이기도 합니다.
CSMA/CD — 충돌 감지 방식
과거 공유 이더넷(버스형, 허브)에서는 여러 장치가 같은 케이블을 공유했습니다. 동시에 전송하면 신호가 충돌하므로 CSMA/CD 방식으로 이를 처리했습니다.
CSMA/CD 동작:
1. 회선 감지(Carrier Sense): 케이블이 사용 중인지 확인
2. 비어 있으면 전송 시작
3. 충돌 감지(Collision Detection): 전송 중 충돌 신호 감지
4. 충돌 발생 시 Jam 신호 전송 후 랜덤 시간 대기(Backoff)
5. 재전송 시도현대 스위치 기반 이더넷은 풀 듀플렉스(Full-Duplex) 로 동작해 충돌이 원천적으로 불가능합니다. CSMA/CD는 레거시 환경에서만 의미가 있습니다.
이더넷 표준 발전사
| 표준 | 속도 | 매체 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 10BASE-T | 10Mbps | UTP Cat3 | 최초 UTP 이더넷 (1990) |
| 100BASE-TX | 100Mbps | Cat5 | Fast Ethernet (1995) |
| 1000BASE-T | 1Gbps | Cat5e | Gigabit Ethernet (1999) |
| 10GBASE-T | 10Gbps | Cat6a | 10G Ethernet (2002) |
| 100GBASE-SR4 | 100Gbps | 광섬유 | 데이터센터용 |
| 400GBASE-DR4 | 400Gbps | 광섬유 | 최신 고성능 |
이더넷 케이블 카테고리
Cat5 — 100Mbps, 최대 100m
Cat5e — 1Gbps, 최대 100m (가정용 표준)
Cat6 — 1Gbps (10G는 55m 제한)
Cat6a — 10Gbps, 최대 100m (기업용)
Cat7 — 10Gbps, 고차폐
Cat8 — 25/40Gbps, 최대 30m (데이터센터 TOR)반이중 vs 전이중
| 구분 | 반이중(Half-Duplex) | 전이중(Full-Duplex) |
|---|---|---|
| 방향 | 한 번에 한 방향만 가능 | 동시 양방향 가능 |
| 충돌 | 발생 가능 → CSMA/CD 필요 | 충돌 없음 |
| 환경 | 허브, 레거시 | 스위치 (현대 표준) |
오늘날 대부분의 NIC와 스위치는 자동 협상(Auto-Negotiation)으로 속도와 이중화 모드를 자동으로 설정합니다. 다음 글에서는 이더넷 통신에서 IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 ARP 프로토콜을 다룹니다.
지난 글: MAC 주소란 무엇인가
다음 글: ARP 완전 이해
읽어주셔서 감사합니다. 😊