이더넷 프레임과 패킷의 차이

이더넷 데이터에 대해 이야기할 때, 프레임(Frame)과 패킷(Packet)은 혼용되곤 한다. 프레임과 페킷은 데이터를 특정 지점에서 특정 지점으로 나르는 전자적 컨테이너로, LAN과 WAN을 오가면 비슷한 기능을 수행한다. 이 때문에 이 둘을 잘못 이해하는 경우가 많다.

그렇다면 차이점은 무엇인가?

단순화시켜서 프레임과 패킷을 정보를 담는 봉투라고 생각해 보자. 이 봉투는 한 사람에게서 다른 사람에게로 보내진다. 프레임과 패킷의 주요 차이점은 정보를 포장하는 방법이며, 이는 정보를 어디로 보내느냐에 따라 달라진다.

프레임의 이해
내부 부서 간 우편이 있어서 한 사람이 조직 내의 다른 사람이나 부서에 문서를 보낼 수 있는 회사를 생각해 보자. 내용물은 내부용 봉투에 넣고, 발신자가 발신란에 이름과 부서를 쓰고, 그 다음에 수신란에 받을 사람의 이름과 부서를 쓴다.

이 봉투가 보내지면 우편실은 내부에서 사용하는 봉투란 것을 인식하고, 목적지 이름과 부서를 읽고, 해당 정보를 물리적인 위치로 변환해주는 디렉토리를 사용해 메일을 배달한다. 이 봉투는 절대로 해당 조직을 벗어나지 않으며, 모든 이동은 자체 자원에 의해 처리된다.

이 내부용 봉투는 회사 바깥으로는 보낼 수 없는데, 이 봉투에는 우편주소가 없기 때문이다. 내용물을 회사 밖으로 보내려면, 이 봉투를 다시 우편봉투에 넣어야 하며, 적절한 우편주소를 기입해야 한다.

이더넷 프레임은 이와 비슷하게 작동한다. 프레임은 데이터를 담는 컨테이너로, 동일 네트워크 상의 두 지점 간에 정보를 전달할 소스(Source, 발신지)과 목적지 주소를 가지고 있다. 이를 페이로드(payload)라고 한다. 이름과 부서 대신에 프레임의 소스와 목적지 주소는 컴퓨터나 태블릿, IP폰, IoT 디바이스 등등의 MAC(Media Access Controller) 주소이다. MAC 주소는 ID 번호의 일종으로, 전세계의 모든 이더넷 디바이스에 유일무이한 번호가 부여된다.

프레임은 TCP/IP 스택의 2계층에서 네트워크 인터페이스 디바이스에 의해 생성되며, 페이로드 크기는 전송되는 데이터의 종류에 따라 달라진다. 프레임은 네트워크 상으로 보내지며, 여기서 이더넷 스위치가 프레임의 목적지 주소를 메모리의 MAC 참조 테이블과 맞춰 본다. 참조 테이블은 스위치에게 디바이스의 어떤 물리 포트, 예를 들어 RJ45 포트가 해당 MAC 주소와 일치하는 프레임의 목적지 주소라는 것을 알려준다.

스위치는 프레임을 참조 테이블에 의해 확인된 물리 포트로 전달한다. 만약 케이블이 목적지 디바이스에 직접 연결되어 있다면, 전송은 이것으로 완료된다. 만약 케이블이 다른 스위치로 연결되어 있다면, 다음 스위치가 참조 테이블을 확인하고 전달하는 과정을 프레임이 목적지에 도달할 때까지 반복한다.

이 모든 과정은 LAN의 2계층 스위치에서 일어난다. 부서 간 우편처럼 프레임은 LAN 바깥의 인터넷으로는 보낼 수 없다. 데이터를 다른 네트워크에 있는 디바이스로 보내려면, 프레임은 반드시 패킷으로 만들어야 한다.

패킷 보내기
부서 간 봉투를 다른 사무실로 보내려면 정식 우편봉투에 다시 담아야 하는 것처럼, 이더넷 프레임은 IP 패킷으로 만들기 위해서는 추가 정보를 담아야 한다.

MAC 주소가 유일무이하고 영구적인 것과는 달리 IP 주소는 보통 일시적으로 할당되며, 디바이스가 다른 네트워크에 연결되면 변경된다. 예를 들어, 태블릿의 IP 주소는 다른 와이파이 네트워크에 연결할 때마다 바뀐다.

패킷은 3계층에서 만들어지며, 정보를 서로 다른 LAN 간에 보통 라우터(Router)를 통해 주고받을 수 있다. 라우터는 작은 규모의 네트워크인 LAN 간을 상호 연결해 정보를 좀 더 큰 규모로 상호 교환할 수 있도록 해주는데, MAC 주소 대신 IP 주소를 사용해 패킷을 전달한다.

3계층 패킷은 라우터가 IP 주소를 사용한 네트워크 간의 데이터 전송을 가능하도록 해주는데, 라우터는 네트워크를 파악하고, 해당 네트워크 상의 디바이스가 사용하는 임시적인 주소를 파악한다. 일단 해당 네트워크로 전달되면, 내부 네트워크에서는 다시 2계층 스위치가 데이터 전달을 처리하며, 프레임의 MAC 주소를 읽고 목적지까지 데이터를 전달한다. 최종 목적지에서는 이더넷 컨트롤러가 프레임에서 데이터 페이로드를 추출해 내는 것으로 서로 다른 네트워크 간의 데이터 전송이란 대장정이 끝난다.

프레임과 패킷 간의 차이는 이더넷 테스트 장비를 선택할 때 중요하다. 서로 다른 데이터 전송 테스터가 외관이나 기능 면에서는 매우 비슷해 보이는데, 기본적으로 테스터의 역할을 네트워크가 데이터를 오류없이 전송하는가를 확인하는 것이기 때문이다. 하지만 서로 다른 테스터는 서로 다른 종류의 네트워크 상에서 동작한다.

일부 테스터는 2계층 네트워크에서만 동작하도록 제한되어 있으며, 이 때문에 네트워크 환경 설정 과정이 필요없다. 2계층 테스트는 프레임으로 MAC 주소를 사용하기 때문에 테스트의 주 유닛과 원격 유닛이 같은 네트워크 상에만 있으며, 테스트를 진행하는 데 문제가 없다.

하지만 서로 다른 네트워크 간의 전송 또는 인터넷을 거치는 전송 테스트를 위해서는 IP 패킷을 생성할 수 있는 테스터가 필요하다. 3계층 이상을 테스트할 때는 두 단말기가 각각의 위치를 파악하도록 환경을 설정하는 것이 힘든 작업이 될 수 있다. IP 주소는 서로 다른 네트워크에서 각 디바이스에 유일한 것으로 부여되는 것이 아니기 때문에 사용자는 테스트 단말기가 서로 커뮤니케이션을 하고 네트워크 상의 다른 디바이스와 충돌되지 않도록 하기 위해 각 위치에서 네트워크를 세부적으로 파악해야 한다.

요약하자면, 3~4계층 테스트는 WAN 간의 대역폭 테스트에 적합하고, 2계층 테스트는 LAN 내의 디바이스 간 대역폭을 테스트하는 데 적합하다.

[이 게시물은 관리자님에 의해 2020-04-19 01:32:17 IT NEWS에서 이동 됨]

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