[컴퓨터 네트워킹 하향식 접근] 6. 링크 계층과 근거리 네트워크

링크 계층 채널

• 1. 브로드캐스트 채널
  • 무선 랜(LAN), 위성 네트워크, HFC(hybrid fiber-coaxial cable) 접속 네트워크에서 다수의 호스트를 연결한다.
  • 브로드캐스트 통신 채널에 다수의 호스트가 연결되기 때문에 프레임 전송을 조정하기 위해 매체 접속 프로토콜(media access protocol)이 있어야 한다. 
  • 중앙 컨트롤러(central controller)를 사용해서 전송을 조정할 수도 있고, 호스트가 자체적으로 전송을 조정할 수 있다.
• 2. 점대점(point-to-point) 채널
  • 원거리 링크에 의해 연결된 두 라우터 또는 사용자의 사무실 컴퓨터 근처에 연결된 이더넷 스위치 사이에서 사용될 수 있다. 

 

링크계층 소개

용어정리

• 노드 : 링크 계층 (즉, 2 계층) 프로토콜을 실행하는 장치로 호스트, 라우터, 스위치, 와이파이 AP(access point) 등이 있다. 
• 링크 : 통신 경로상의 인접한 노드들을 연결하는 통신 채널
• 프레임 : 링크 계층의 패킷을 프레임이라고 부른다(데이터 그램을 캡슐화한 것)

링크 계층이 제공하는 서비스

- 단일 통신 링크상으로 데이터그램을 한 노드에서 물리적으로 인접한 노드로 이동시키는 책임을 가지고 있다. 

• 프레임화(framing) : 데이터그램을 프레임으로 캡슐화한다. 
• 링크 접속(link access) : 매체 접속 제어(medium access control, MAC) 프로토콜은 링크상으로 프레임을 전송하는 규칙을 명시한다. 
• 신뢰적 전달(reliable delivery between adjacent nodes) : 확인응답(acknowledgment)과 재전송을 통해 가능함. 링크 계층의 신뢰적 전달 서비스는 무선 링크처럼 오류율이 높은 링크에서 주로 사용된다. 
• 오류 검출(detection)과 정정(correction) 

 

오류 검출 및 정정 기술

패리티 검사(parity checking)

• 단일 패리티 비트
  • 가장 단순한 형태
  • 단일 비트 에러를 검출한다. 
• 2차원 패리티
  • 반전된 비트를 포함하는 열과 행에 대한 패리티에 오류가 생긴다
  • 오류를 검출하고 단일 비트 에러를 재전송 없이 정정한다. 
• 순방향 오류 정정(forward error correction)
  • 오류를 검출 밋 정정하는 수신자의 능력을 말한다. 
  • 오디오 CD와 같은 오디오 저장 및 재생 장치에서 일반적으로 사용된다. 

체크섬 방법

• 간단하고 빠른 오류 검출 기법이다.
• 상대적으로 패킷 오버헤드가 적다.

⭐순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check, CRC)

• 요즘 많이 사용된다. 

 

다중 접속 링크와 프로토콜

다중 접속 문제, 다수의 송수신 노드들의 공유되는 브로드캐스트 채널로의 접속을 조정하는 문제를 다룬다.

 

MAC 프로토콜

• 채널 분할 프로토콜(channel partitioning protocol)
  • TDMA(time division multiple access) 
• 랜덤 접속 프로토콜(random access protocol)
  • ALOHA
  • CSMA(carrier sense multiple access) : 전송 전 확인
• ⭐순번 프로토콜(taking-turns protocol)
  • 폴링과 토큰 방식이 있다. 
  • 블루투스는 폴링을 사용한다.

 

스위치 근거리 네트워크

호스트와 라우터는 링크 계층 주소와 네트워크 계층 주소 둘 다 갖는다. 

 

MAC 주소

• 실제로 링크 계층 주소를 가지고 있는 건 호스트나 라우터의 어댑터(네트워크 인터페이스)이다. 
• 어떤 어댑터도 동일한 주소를 갖지 않는다. 
• 계층구조가 아닌 평면 구조를 가지고 있다. 

ARP(Address Resolution Protocol)

• 네트워크 계층 주소 (인터넷 IP 주소)와 링크 계층 주소(MAC 주소) 간의 변환
• ARP 프로토콜에서 1. 질의 ARP 메시지는 브로드캐스트 프레임으로 전송되지만, 2. 응답 ARP 메시지는 표준 프레임으로 전송된다. 
• 플러그 앤 플레이다. 

링크 계층 스위치

• 필터링 : 프레임을 인터페이스로 전달할지 또는 폐기할지 결정하는 기능
• 포워딩 : 프레임이 전송될 인터페이스를 결정하고 프레임을 해당 인터페이스로 내보내는 기능
• 스위치 테이블 : 랜상의 일부 노드(호스트와 라우터)에 대한 엔트리가 포함되어 있다. 
  • 엔트리에는 1. MAC 주소 2. MAC 주소로 가게 하는 스위치 인터페이스, 3. 해당 엔트리가 테이블에 만들어진 시점에 대한 정보
• 자가학습: 자신의 테이블을 자동으로, 동적으로, 자치적으로(네트워크 관리자나 구성(configuration) 프로토콜의 개입 없이) 구축한다.
• 특성
  • 충돌 제거
  • 이질적인(heterogeneous) 링크들
  • 관리

 

// TODO

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