L2 데이터 링크 계층

데이터 링크 계층

• 하나의 네트워크 대역 내에서 데이터를 전달하는 역할을 하는 계층이다.
  • 하나의 네트워크 즉, 같은 LAN 내의 노드끼리의 통신
  • 다른 네트워크와 통신할 때는 3계층의 도움이 필요하다.
• 물리적 주소 설정, 오류 제어와 흐름 제어를 수행한다.
• 주요 프로토콜로는 이더넷 프로토콜이 있다.
• 주요 기기로는 스위치(스위칭 허브)가 있다.
  • l1의 더미 허브와 모양이 같다.
• 2계층의 PDU는 프레임이다.
• 부계층으로는
  • LLC (Logical Link Control)
  • MAC (Media Access Control)
    • 물리적인 매체 연결 방식을 제어한다.
    • 물리 계층과 연결하는 역할.

MAC address

• 컴퓨터의 물리적인 주소를 뜻한다.
• 기기가 갖고 있는 물리적 주소이며, 반영구적이다.
• ‘제조 회사의 고유번호 : 기기의 고유번호’의 모양을 갖고 있다.
• 6byte = 48bit의 길이를 가진다.

이더넷 프레임

• l2의 PDU이다.
• 데이터의 앞에 붙는 이더넷 헤더와
  • 목적지 MAC 6byte + 출발지 MAC 6byte + 타입 2byte = 14byte
  • 타입은 캡슐화된 상위 3계층의 프로토콜을 알려주기 위함
    • 그래야 역캡슐화 할 때 해석할 수 있음
    • IPv4, IPv6, ARP …
• 데이터의 뒤에 붙는 트레일러가 있다.
  • 4byte
  • FCS
    • Frame Check Sequence
    • 오류 발생 체크 용도

이더넷 프레임

• Destination Address
  • 목적지 맥 주소
• Source Address
  • 출발지 맥 주소
• Type
  • 데이터에 담겨 있는 상위 프로토콜의 타입을 나타내는 값

이더넷 프로토콜

• 데이터 전송 프로토콜이다.
• 유선 네트워크 구성에 사용된다.
  • 일반적으로 LAN에서 많이 사용됨.
  • 기존에는 버스형을 많이 사용했지만, 최근에는 성형으로 바뀌는 추세이다.
• CSMA/CD 기술을 사용한다.

이더넷 프로토콜

CSMA/CD

• Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection
• 버스형으로 구성된 네트워크에서는 여러 대의 기기가 데이터 전송을 하면, 충돌이 발생한다.
• 이런 상황을 고려해 나온 매커니즘이 CSMA/CD이다.

버스형 토폴로지

flowchart TB
  A[Carrier Sense] -->|케이블을 사용중 O| B;
  A[Carrier Sense] -->|케이블을 사용중 X| C;
  B(대기) --> A;
  C(데이터 전송) --> D;
  D[Collision Detection] --> |충돌 발생 O| E;
  D[Collision Detection] --> |충돌 발생 X| F;
  E(각 컴퓨터에 랜덤 시간을 부여하고 대기) --> |랜덤 시간 종료 후|A;
  F(전송 완료!)

• Carrier Sense
  • 전송 전에 케이블이 사용중인지 감지한다.
    • 사용중이 아니라면 전송한다.
    • 사용중이라면 대기한다.
• Collision Detection
  • 전송했다가 충돌이 발생한다.
    • 충돌을 감지하고 랜덤 시간만큼 대기한다.
      • 이때 충돌이 발생했던 두 노드의 대기 시간은 각각 다르게 설정해준다.
    • 대기가 끝나면 다시 전송한다.

초기 이더넷은 반이중 통신을 했다

• 송신/수신 둘 중 하나만 가능
• 동시에 송신을 하면 충돌 발생

그러나 현재의 이더넷은 전이중 통신을 한다

• 송신/수신 동시에 가능
• 동시 송신도 원활하게 가능

초기에는 버스형으로 네트워크를 구성했지만, 최근에는 성형으로 바뀌는 추세이다.

스위치

• 스위칭 허브라고도 한다. 생긴게 더미 허브랑 똑같다.
• 이더넷을 통해 하나의 네트워크를 구성하는 기기이다.
• MAC 주소 테이블을 갖고 있다.
  • 어떤 노드가 어떤 포트로 가야 있는지 기록해두는 캐시 테이블이다.
• 세 가지 동작을 수행한다.
  • flooding
    • 요청을 보낸 포트 외에 나머지 모든 포트에 요청을 전송
  • filtering
    • MAC 주소 테이블을 이용해서, 수신지 MAC 주소가 있는 포트 외의 다른 포트에는 전송하지 않음
  • forwarding
    • MAC 주소 테이블을 이용해서, 수신지 MAC 주소와 일치하는 포트로 전

MAC Table

1. aa 노드가 port1을 타고 bb 주소로 요청을 보내왔다.
   • aa 노드에 대한 포트 정보를 알게된 스위치가 MAC 테이블에 주소와 포트 정보를 기록해둔다.
   • 스위치의 MAC 테이블은 bb 노드의 포트를 알지 못한다.
2. 연결된 모든 포트들로 요청을 보낸다.
   • 자신에게 온 요청이 아닌 경우 노드들은 요청을 무시한다.
3. 자신에게 온 요청인 것을 확인한 bb 노드가 응답을 보낸다.
   • 스위치가 bb 노드와 포트 정보를 알게 됐으므로, MAC 테이블에 bb 노드의 정보를 기록해둔다.
4. 스위치가 aa 노드로 bb 노드의 응답을 전송한다.
   • 요청을 보낼 때 기록해둔 테이블의 정보를 참조해서,
   • 다른 노드가 아닌 aa 노드에게만 응답을 전송한다.