5. Link Layer

MAC

• Medium Access Control
• link layer에서 한 매체에서 충돌을 피해 원하는 매체로 frame을 전달하기 위해 통제하는 것

MAC protocol의 종류

• Channel Partitioning
  • TDMA(Time Division Multiple Access) : 각 장치마다 정해진 시간 동안만 링크를 사용할 수 있도록 한다.
  • FDMA(Frequency Division Multiple Access) : 각 장치마다 정해진 주파수를 통해 링크를 사용할 수 있도록 한다.
  • 사용자가 많을수록 링크를 효율적으로 사용하게 된다.
• Random Access
  • CSMA(Carrirer Sense Multiple Access) : 데이터를 전송하기 전에 링크의 상태를 확인해 누군가가 통신 중일 때는 기다렸다가 통신이 없는 경우에 전송한다. 단, propagation delay에 의해 충돌이 발생할 수 있다.
  • CSMA/CD(Collision Detection) : CSMA를 이용하나 충돌 감지 시 바로 전송을 멈춘다. 이후 binary (exponential) backoff를 활용해 일정 시간 기다린 후 재전송한다. Ethernet에서 주로 사용한다.
  • Binary (exponential) backoff : {0, 1, 2, ... , 2^n - 1} (n : 충돌 횟수) 내에서 무작위 숫자를 하나 골라 그 시간만큼 기다린다.
  • 사용자가 많을수록 전체적으로 링크 내 통신이 없는 시간이 줄어들기 때문에 비효율적이다.
• Taking Turns
  • Polling : 한 장치가 나머지 장치들에 대해 통신 가능 여부를 결정한다.
  • Token Passing : token을 가지고 있는 장치는 통신이 가능하도록 한다. 통신이 끝나면 token을 다른 장치에 넘겨준다.
  • single point of failure 문제가 발생한다. 즉, 어떤 하나의 개념이 중요해짐에 따라 그 개념이 오류로 인해 없어지면 안 된다.

Ethernet

• link layer의 프로토콜
• Ethernet frame의 구조
  • preamble
  • source MAC address, destination MAC address
  • type : 상위 layer의 protocol type으로 보통 IP이다.
• CSMA/CD를 사용한다. 즉, collision을 감지하는 경우에만 재전송한다. 이 말은 collision을 감지하지 않은 경우에는 원하는 목직지로 정상적으로 전달되었다고 판단하는 것이다. 하지만 frame의 길이가 짧은 경우에는 collision을 감지하기 전에 frame 전송이 끝나는 경우 collision을 감지하지 못한다. 이 때문에 minimum frame size를 정해줘 이러한 문제를 해결한다.

MAC address

• 48 bit의 주소로 네트워크 인터페이스마다 고유의 주소를 가진다.
• 앞 24 bit는 제조 회사, 뒤 24 bit는 제조 회사의 고유 숫자를 의미한다.

ARP

• Address Resolution Protocol
• LAN 안에 있는 장치의 MAC address를 알아내는 프로토콜
• ARP table : 각 호스트 내에 존재하는 테이블로 LAN 내 각 IP에 대응하는 MAC address를 저장하고 있다. 또한 TTL을 저장하고 있는데, 이는 해당 항목을 저장하는 시간을 의미한다. 즉, TTL이 만료되면 해당 IP에 대응하는 MAC address를 다시 조사한다.
• 다른 LAN으로 데이터를 전송하는 경우 frame에서 destination MAC address는 gateway router의 MAC address로 한다.
• router를 통해 frame을 전송할 때 forwarding table을 통해 다음 hop에 해당하는 router의 IP 주소를, ARP table을 통해 다음 router의 MAC 주소를 알아낸다.

Switch

• collision domain을 분리하는 장치
• 호스트들은 switch를 어떤 장치라고 인식하지 않는다.
• switch 내에는 switch forwarding table을 이용해 각 port에 어떤 장치가 연결되어 있는지를 인식한다. 이는 self-learning을 통해 테이블 내 항목을 저장한다.(frame을 보낸 호스트를 인식)
• switch끼리 서로 연결할 수도 있다.

 

출처 : 컴퓨터네트워크 강의