데이터 링크 계층의 목적
- OSI 모델의 데이터 링크 계층(계층 2)은 물리적 네트워크에 대한 네트워크 데이터를 준비
- 네트워크 인터페이스 카드(NIC)와 네트워크 인터페이스 카드 간 통신을 담당
데이터링크 계층은 다음과 같은 일을 함.
- 상위 계층이 미디어에 액세스할 수 있도록 함. 상위 계층 프로토콜은 데이터를 전달하는 데 사용되는 미디어 유형을 전혀 인식하지 못함.
- 일반적으로 레이어 3 패킷(즉, IPv4 또는 IPv6)과 같은 데이터를 수락하고 이를 레이어 2 프레임으로 캡슐화.
- 데이터가 미디어에 배치되고 수신되는 방식을 제어.
- 네트워크 미디어를 통해 엔드포인트 간에 프레임을 교환.
- 캡슐화된 데이터(일반적으로 레이어 3 패킷)를 수신하여 적절한 상위 레이어 프로토콜로 전달.
- 오류 감지를 수행하고 손상된 프레임을 거부.
컴퓨터 네트워크에서 노드는 통신 경로를 따라 데이터를 수신, 생성, 저장 또는 전달할 수 있는 장치. 노드는 랩톱이나 휴대폰과 같은 최종 장치일 수도 있고 이더넷 스위치와 같은 중간 장치일 수도 있음.
데이터 링크 계층이 없으면 IP와 같은 네트워크 계층 프로토콜은 전달 경로를 따라 존재할 수 있는 모든 유형의 미디어에 연결하기 위한 규정을 만들어야 함. 또한 새로운 네트워크 기술이나 매체가 IP로 개발될 때마다 이에 적응해야 함.
IEEE 802 LAN/MAN 데이터 링크 계층은 다음 두 하위 계층으로 구성
- LLC(논리적 링크 제어) - 이 IEEE 802.2 하위 계층은 상위 계층의 네트워킹 소프트웨어와 하위 계층의 장치 하드웨어 간에 통신. 프레임에 사용되는 네트워크 계층 프로토콜을 식별하는 정보를 프레임에 배치. 이 정보를 통해 IPv4 및 IPv6와 같은 여러 계층 3 프로토콜이 동일한 네트워크 인터페이스 및 미디어를 사용할 수 있음.
- MAC(미디어 액세스 제어) – 하드웨어에서 이 하위 계층(IEEE 802.3, 802.11 또는 802.15)을 구현. 데이터 캡슐화 및 미디어 액세스 제어를 담당. 데이터 링크 계층 주소 지정을 제공하며 다양한 물리 계층 기술과 통합.
MAC 하위 계층은 데이터 캡슐화를 제공
- 프레임 구분 - 프레이밍 프로세스는 프레임 내의 필드를 식별하는 중요한 구분자를 제공. 이러한 구분 비트는 전송 노드와 수신 노드 간의 동기화를 제공.
- 주소 지정 - 동일한 공유 매체에 있는 장치 간에 레이어 2 프레임을 전송하기 위한 소스 및 대상 주소 지정을 제공.
- 오류 감지 - 전송 오류를 감지하는 데 사용되는 트레일러가 포함.
LAN 토폴로지
레거시 LAN 토폴로지
초기 이더넷 및 레거시 토큰 링 LAN 기술에는 두 가지 다른 유형의 토폴로지가 포함됨.
- 버스 - 모든 엔드 시스템은 서로 연결되어 있으며 각 끝에서 어떤 형태로든 종료. 최종 장치를 상호 연결하는 데 스위치와 같은 인프라 장치가 필요하지 않음. 레거시 이더넷 네트워크는 저렴하고 설정이 쉽기 때문에 동축 케이블을 사용하는 버스 토폴로지인 경우가 많았음.
- 링 - 엔드 시스템은 링을 형성하는 각 이웃에 연결. 버스 토폴로지와 달리 링은 종료될 필요가 없음. 레거시 FDDI(Fiber Distributed Data Interface) 및 토큰 링 네트워크는 링 토폴로지를 사용.
반이중 및 전이중 통신
반이중 통신
- 두 장치 모두 미디어를 통해 전송하고 수신할 수 있지만 동시에 수행할 수는 없음.
- 이더넷 허브가 있는 WLAN 및 레거시 버스 토폴로지는 반이중 모드를 사용.
- 반이중 방식을 사용하면 공유 매체에서 한 번에 하나의 장치만 보내거나 받을 수 있음.
전이중 통신
- 두 장치 모두 공유 미디어에서 동시에 전송하고 수신할 수 있음.
- 데이터 링크 계층에서는 언제든지 두 노드 모두에 미디어를 전송할 수 있다고 가정. 이더넷 스위치는 기본적으로 전이중 모드로 작동하지만 이더넷 허브와 같은 장치에 연결하면 반이중으로 작동할 수도 있음.
액세스 제어 방법
- 이더넷 LAN 및 WLAN은 다중 액세스 네트워크의 예임. 다중 접속 네트워크는 동시에 네트워크에 접속을 시도하는 두 개 이상의 최종 장치를 가질 수 있는 네트워크
공유 미디어에는 두 가지 기본 액세스 제어 방법이 있음.
- 경합 기반 액세스
- 접근 통제
경합 기반 액세스
- 경쟁 기반 다중 접속 네트워크에서는 모든 노드가 반이중 방식으로 작동하며 매체 사용을 놓고 경쟁
- 동시에 2개 이상의 장치가 전송하는 경우에는 처리가 있음.
- 레거시 버스 토폴로지 이더넷 LAN에 사용되는 충돌 감지(CSMA/CD) 기능을 갖춘 캐리어 감지 다중 액세스
- 무선 LAN에서 사용되는 충돌 회피 기능을 갖춘 캐리어 감지 다중 액세스(CSMA/CA)
접근 통제
- 제어 기반 다중 접속 네트워크에서 각 노드는 매체를 사용할 수 있는 고유한 시간을 갖음.
- 제어된 액세스를 사용하는 다중 액세스 네트워크의 예
- 레거시 토큰링
- 레거시 아크넷
경쟁 기반 액세스 - CSMA/CD
경쟁 기반 액세스 네트워크의 예
- 무선 LAN(CSMA/CA 사용)
- 레거시 버스 토폴로지 이더넷 LAN(CSMA/CD 사용)
- 허브를 사용하는 레거시 이더넷 LAN(CSMA/CD 사용)
-> 이러한 네트워크는 반이중 모드로 작동. 즉, 한 번에 하나의 장치만 보내거나 받을 수 있음. 이를 위해서는 장치가 전송할 수 있는 시기와 여러 장치가 동시에 전송할 때 발생하는 상황을 제어하는 프로세스가 필요
경쟁 기반 액세스 - CSMA/CA
- CMSA/CA는 CSMA/CD와 유사한 방법을 사용하여 미디어가 깨끗한지 감지
- 무선 환경에서는 장치가 충돌을 감지하지 못할 수도 있음. CMSA/CA는 충돌을 감지하지 않지만 전송하기 전에 기다려 충돌을 방지하려고 시도
프레임
- 프레임을 생성하기 위해 헤더와 트레일러로 캡슐화하여 로컬 미디어를 통한 전송을 위해 캡슐화된 데이터(일반적으로 IPv4 또는 IPv6 패킷)를 준비
데이터 링크 계층 프로토콜이 있지만 각 프레임 유형에는 세 가지 기본 부분이 있음.
- 머리글
- 데이터
- 트레일러
레이어 2 주소
- 데이터 링크 계층은 공유 로컬 미디어를 통해 프레임을 전송하는 데 사용되는 주소 지정을 제공
LAN 및 WAN 프레임