04 - 데이터 링크 계층, MAC 주소로 통신하는 단계

* <모두의 네트워크 기초>를 정리한 내용입니다.

데이터 링크 계층의 역할

• 네트워크에서 데이터를 관리하고 전달하는 계층 - 데이터 전송의 신뢰성, 효율성에 중요한 역할
• 데이터를 작은 프레임 단위로 분할
• MAC 주소를 활용하여 장비 식별
• 오류 탐지, 수정, 충돌 관리
• 오류 감지, 수정 방식
  • 회선 제어 - 오류 회피
    • ENQ(Enquiry)[신호의 시작]와 EOT(End Of Transmission)[끝을 의미]을 명시적으로 지정
    • 수신자는 ACK(Acknowledgement)를 송신자에게 보냄 ⇒ 신호 간 충돌 피함
  • 오류 제어 - 외부 간섭, 시간 지연에 의한 송수신 데이터의 변형, 순서가 어긋나는 통신 장애가 발생하지 않도록 오류 검출/정정 → 통신에 대한 신뢰성 확보 방법
    • 패리티 검사 - 각 비트를 검사해서 "짝수"인지, "홀수"인지 확인 후 오류 검출
    • CRC(Cyclic Redundancy Check) - 데이터에 CRC 코드를 추가하여 오류 감지
    • 검사합(Checksum) - 데이터의 각 바이트 값을 더하거나 연산하여 생성되는 값
    • 오류 발생한 경우 정정하는 방법 - 해밍 코드(Hamming code)
  • 흐름 제어 - 송수신자의 데이터 처리 속도 차이 해결을 위해 데이터 전송량 조절
    • 정지-대기(Stop & Wait) - 하나의 데이터 전송 후 다음 데이터 전달 전에 확인 응답 기다림

이더넷(Ethernet)

• 다수의 컴퓨터, 허브, 스위치 등을 하나의 인터넷 케이블에 연결한 네트워크 구조
• CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)이라는 프로토콜 사용
  • 2대 이상의 컴퓨터가 동시에 데이터(프레임)를 보내는 상황 - 충돌(collision)
  • 충돌 방지를 위해 이더넷에서 전류의 강도를 확인해 케이블의 사용 유무를 확인하는 CSMA/CD 방식 사용

  1. 전류의 강도 확인
  2. 전류의 강도 세기가 낮아질 때까지 기다렸다가 데이터 송신
  

  • 잘 사용 X → 2계층의 스위치 장비가 그 역할 대신함

MAC 주소

• 이더넷은 MAC 주소를 이용하여 컴퓨터 간에 통신
• Media Access Control - 랜 카드에 할당된 값, 전 세계에서 하나만 존재
• 8비트 단위로 콜론이나 하이픈을 사용해 16진수로 표기
• 1C-1B-B5-08-A4-26

어디에 어떻게 사용?

• 송수신자의 MAC 주소를 헤더에 넣어 프레임 생성
• ‘유형’ 정보 추가 ⇒ 프로토콜을 나타냄
  • IPv4 - 32비트의 일반적인 IP 주소
  • ARP(Address Resolution Protocol) - IP 주소와 MAC 주소를 매핑해주는 프로토콜
  • IPv6 - IPv4의 주소 부족 문제 해결, 128비트의 IP 주소

상대방 MAC 주소 어떻게 앎?

⇒ ARP 프로토콜은 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 알고자 할 때 사용

• MAC 주소 확인은 LAN 환경 내에서만 가능, WAN 환경에서는 라우터 장비를 거쳐야만 확인 가능

스위치의 구조

• 허브는 물려 있는 모든 컴퓨터에 데이터를 전송함 → 비효율적
• 데이터를 받아야 하는 컴퓨터에만 전달 → 스위치 필요
• 스위치 - 소규모 네트워크 안에서 컴퓨터, 프린터 등 모든 장치를 서로 연결해서 데이터를 쉽게 공유할 수 있도록 하는 장비
  • MAC 주소도 관리함(MAC 테이블로 관리)
  • 플러딩(Flooding) - 스위치에 물려 있는 모든 컴퓨터에 데이터를 보내는 것

데이터 전송 방향에 따른 통신 방식

• 2대의 컴퓨터가 동시에 데이터를 보내는 ‘충돌’ 현상의 원인 → 단방향 통신(Simplex Transmission)
  • 하나의 선로(Channel)로 일방 통행만 가능 ex) TV, 라디오
  ⇒ 비효율적이라 양방향 통신(Duplex Transmission) 등장
• 하나의 통신 채널에서 송수신 가능
  • 반이중(Half Duplex) - 양쪽에서 통신 가능, 동시 통신 불가능
    • 전송 속도 빠름, 주로 허브에서 사용, 충돌 여전
  • 전이중(Full Duplex) - 채널을 2개 둠, 양쪽 방향에서 동시에 데이터 주고받을 수 있음.

데이터 링크 계층은 MAC 주소를 이용하여 통신, MAC 주소는 스위치에 의해 관리됨.