[쉽게 배우는 데이터 통신과 네트워크] 5장 개념정리

* 쉽게 배우는 데이터 통신과 네트워크(개정판) 책을 바탕으로 작성하였습니다.

데이터 통신과 컴퓨터 네트워크(쉽게 배우는)(개정판)(IT CookBook 209) | 박기현 | 한빛아카데미 - 교보문고 (kyobobook.co.kr)

데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 - 교보문고

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Chapter 5 MAC 계층

 

01 MAC 계층과 IEEE 802 TLFLWM

1. MAC 계층의 이해

- LAN환경에서 데이터링크계층(2) 기능을 MAC과 LLC계층으로 분리함

• LAN 계층 : 데이터 링크 계층의 기본 기능
• MAC 계층 : 물리 계층 기능

1) MAC 계층

ⓐ 기능 : 데이터링크계층의 물리적인 특성 반영

ⓑ 이더넷 

- 공유 버스 방식 지원

- 둘 이상의 호스트에서 동시에 데이터 프레인 전송을 시도하면 충돌 발생

ⓒ 토큰 링 방식

- 링 구조를 지원

- 토큰이라는 특정패턴의 제어 데이터가 링을 순환(토큰은 1개만 존재)

- 토큰을 확보하여 전송 후 토큰은 링에 내려 놔야함

- 각 호스트에 전송 우선순위를 부여할 수 있음

 

2) LLC 계층

- WAN 환경의 데이터 링크 계층과 기능을 수행

 

3) IEEE 802시리즈

• IEEE 802.1 : 표준안 전체를 소개
• IEEE 802.2 : LLC 계층을 소개
• IEEE 802.3 부터 : 다양한 환경의 MAC 계층을 소개

2. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)

1) 공유 매체에서 충돌 문제 해결

• 충돌 허용 방식: CSMA/CD
• 충돌 회피 방식 : 전송 시간대를 달리하는 타임 슬롯 방식

2) CSMA/CD

- 충돌 감지 기능이 필수적으로 요구

- 충돌 감지 후, 재전송 기능으로 오류 복구

- 공유 매체의 길이가 길수록 전송 지연이 증가하여 충돌 가능성 증가

 

3) 토큰 버스

- 물리적인 버스 구조로 연결되지만 논리적인 프레임 전달은 링 구조

- 토큰이라는 제어 프레임(전송할수 있는 권한)을 사용, 반드시 토큰을 확보해야 함.

 

4) 토큰 링

- 물리적으로 링 구조를 지원

- 호스트의 동작 방식: 대기모드(입력단으로 들어온 데이터를 바로 출력단), 전송모드(토큰확보한 상태)

* 노드 추가가 어려움

 

02 이더넷

1. 이더넷과 신호 감지 기능

1) 신호 감지 프로토콜 : 전송 매체의 신호를 감지해 프레임의 전송 여부 결정

① 1-persistent CSMA

- 프레임을 전송하 기전 채널 사용 여부 확인  

- 채널이 사용 중이면 유휴 상태가 될 때까지 대기

- 채널이 유휴 상태가 되면 확률 1의 조건으로 프레임을 전송

② Non-persistent CSAM

- 프레임을 전송하기 전에 채널 사용 여부 확인

- 채널이 사용 중이면 유휴상태를 확인하지 않음

- 대신 임의의 시간 동안 대기 후 다시 채널 감지를 시작

- 1-persistent 방식보다 충돌 확률을 줄일 수 있음

③ p-persistent CSMA

- 슬롯 채널 방식에서 많이 사용

- 채널이 유휴 상태이면 p의 확률로 프레임을 전송, 채널이 사용 중이면 다음 슬롯을 기다린 후 앞의 과정 반복

 

2) 이더넷의 연결

3) 프레임 구조(프레임 : 데이터 링크계층의 데이터 단위)

ⓐ MAC 프레임 : MAC헤더와 트레일러 정보를 추가한 것

* 데이터 앞에는 헤더가 뒤에는 트레일러가 위치

ⓑ 이더넷 프레임 구조

 

- Premble : 수신 호스트가 송신 호스트의 클록과 동기를 맞출 수 있도록 시간 여유 제공 목적

- Start Delimiter : 프레임이 시작되는 의미(10101011)

 

2. LLC 프레임 캡슐화

- 이더넷 프레임에서 Data 필드를 제외한 필드들이 MAC계층에서 추가하는 정보

 

3. 허브와 스위치

1) 허브 : 박스 형태의 장비에 잭을 연결해서 이더넷 네트워크를 구성

- 각 호스트는 외형상 허브에 스타형 구조로 연결

- 허브의 내부 동작은 공유 버스 방식

2) 스위치 허브 : 허브의 성능을 향상시킨 장비

- 모든 호스트에 프레임을 전송하지 않음

- 목적지로 지정된 호스트에게만 프레임 전송

- 따라서 동시에 여러 호스트가 데이터를 전송할 수 있음

- 장점 : 스위치 허브의 용량이 허용되면 각각의 호스트는 할당된 LAN 용량을 모두 사용, 교체 간단

 

03 토큰 버스

1. 프레임 구조

- LLC계층에서 내려온 LLC 프레임을 수신 호스트에 전달하려면 토큰 버스 프레임을 만들어야 함

 

1) 토큰 버스 프레임의 구조

- 데이터 프레임과 토큰 프레임을 구분하기 위한 Frame Control 필드가 추가됨

2. LLC 프레임 캡슐화

- LLC 프레임의 좌우에 토큰 버스 프레임의 헤더와 트레일러 정보가 채워지면 물리계층이 수신 호스트로 전송

- 수신 호스트의 MAC 계층은 토큰 버스 프레임의 헤더, 트레일러 정보를 떼어네고, 상위 계층인 LLC 프로토콜에는 LLC 프레임 정보만 올림

 

04 토큰 링

1. 프레임 구조

1) 토큰 링 프레임

2. 프레임 필드의 의미

1) Start Delmiter/End Delimiter : 프레임과 시작과 끝을 구분

* ED필드의 I비트는 데이터 프레임을 여러개 나누어 전송하는 경우에 사용/ E비트는 오류 검출

2) Access Control 

- 우선 순위 비트(P) : 토큰의 우선순위보다 높은 프레임을 전송할 수있음

- 토큰 비트(T) : 토큰 프레임과 일반 프레임을 구분, 토큰 프레임은 값이 0

- 모니터 비트(M) : 오류 발생 시 순환을 막기 위해 특정 호스트를 모니터로 지정, 모니터 호스트는 프레임을 링에서 제거

3) Frame Control

4) Frame Status

- 토큰링 프레임의 맨 마지막에 위치, 프레임의 수신 호스트가 송신 호스트에 응답할 수 있게 함

- 두개의 플래그 비트 A(수신 호스트가 접근),C(수신 호스트가 자신의 내부버퍼에 보관)필드로 정의