[데이터 통신] 5장 MAC 계층

1. MAC과 LLC 계층

LAN 환경에서는 네트워크 자원을 효율적으로 처리하기 위해 데이터 링크 계층의 기능을 LLC 계층과 MAC 계층

즉, 데이터 링크 계층의 기본 기능은 주로 LLC 계층에서 다루고, 물리적인 전송 선로의 특징과 매체 간의 연결 방식에 따른 제어 부분은 MAC 계층에서 처리한다.

MAC 계층

공유 버스 방식을 지원하는 CSMA/CD 방식과 링 구조를 지원하는 토큰 링 방식이 대표적인 예 

컴퓨터 네트워크에서 가장 많이 사용하는 이더넷은 공유 버스를 이용해 호스트를 연결하는 CSMA/CD 방식 지원

 

LLC 계층

송수신 호스트 사이의 프레임 전송 과정에서 물리적인 오류가 발생하면 복구하는 작업

데이터 변형, 데이터 분실 등에 관한 오류 제어와 송수신 호스트 사이의 속도 차이에 관한 흐름 제어 등의 기능 필요

 

LAN 표준안

IEEE 802.3 이더넷으로 알려진 CSMA/CD 방식

IEEE 802.4 토큰 버스

IEEE 802.5 토큰 링

IEEE 802.# 기타

 

CSMA/CD

캐리어 감지 다중 접속/충돌 감지 (carrier sense multi-access/collision detection)

데이터를 보내기 전에 다른 기기가 통신하고 있는지 감지하고, 충돌이 일어날 경우 데이터를 재전송하는 통신 방식

다중 접근 채널 방식을 이용하여 공유 매체에 프레임을 전송하는 방식에서는 데이터 충돌 가능성 항상 존재 

 

<충돌 해결 방법>

1. 충돌이 발생한 후에 문제 해결

다수의 호스트가 송신한 프레임이 공유 매체에서 충돌하는 현상을 허용하는 것

2. 충돌이 발생할 가능성을 원천적으로 차단하는 방식

토큰 링이 이에 해당

2. CSMA/CD

1) 신호 감지 기능

신호 감지 프로토콜

- 전송 매체의 신호를 감지해 프레임의 전송 여부를 결정하는 프로토콜
- 공유 버스 구조에서 호스트 간의 프레임 충돌을 방지하려면 프레임을 전송하기 전에 다른 호스트가 공유 버스를 사용하고 있는지 확인해야 함

- 이는 전송 선로에 흐르는 신호를 감지하는 기능으로 구현 가능

 

1-persistent CSMA

- 낙천형

- 실제로 Ethernet에 사용

- 충돌 발생 가능성은 크므로 채널 사용율이 낮은 대신 대기시간은 짧음

 

Non-persistent CSMA

- 비관형

- 사용 중이지 않더라도, 확률분포에서 얻어진 임의시간만큼 무조건 기다린 후 시도

- 충돌이 적어 채널 사용율은 좋아지나, 대기시간이 길어짐

 

p-persistent CSMA

- 의심염려형

- 채널이 사용 중인 경우, 특정 확률 p로 전송을 시도하는 방법

- 1-persistent CSMA와 Non-persistent CSMA의 중간 방식

- 확률 p가 1에 가까워질수록 1-persistent CSMA와 비슷

- 확률 p가 0에 가까워질수록 Non-persistent CSMA와 비슷한 동작

 

2) 프레임 구조

이더넷 Frame의 구조

MAC헤더 + 상위 계층인 LLC에서 내려온 프레임 + MAC 트레일러

 

preamble

7바이트 길이의 10101010 패턴으로 구성

수신자가 이더넷 케이블을 동기화하고 프레임 도착 감지

SFD

10101011 프레임 동기를 위한 식별용 문자 (0xAB) 마지막 두 비트가 `11`

프레임의 내용이 시작된다는 것을 알리는 역할

Length or Type

프레임 Length: 데이터 필드의 길이, 수납되는 LLC 프레임 길이

프로토콜 Type: Data에 담겨있는 상위 프로토콜의 종류 IPv4, ARP, IPv6, VLAN 등을 나타내는 데 사용

Data/Padding

상위 계층의 프로토콜로부터 캡슐화된 데이터

46~1500 bytes의 크기를 가지고 있으며, 상위 계층의 패킷 길이가

최소길이(46bytes) 보다 작을 때는 끝에 padding(0)으로 채워짐

최소 프레임 길이: 64 바이트 (MAC 헤더 14 + 데이터 46 + FCS 4)

 

 

허브

브로드캐스트: 임의의 호스트에서 전송한 프레임을 허브에 연결된 모든 호스트에 전달 

도착지 주소 아니라면 버림, 속도 1/n

스위치 

유니캐스트: 모든 호스트들에 전송하지 않고 해당 프레임의 수신 호스트로 지정한 호스트에만 전송

정확히 C에게만

3. 토큰 버스

 

4. 토큰 링