4-1. 데이터링크 계층과 LAN

데이터링크 계층과 LAN

point-to-point : 호스트 1:1연결방식

LAN : 여러 대의 호스트가 하나의 전송매체를 공유하는 형태

- MAC절차 : (Medium, Access, Control)

 

LAN 정의

- LAN은 한정된 지역 내에서 다양한 통신 기기의 상호 연결을 가능하게 하는 통신 네트워크

- 사무실, 빌딩, 공장 등과 같이 제한된 지역에서 정보처리 장치들을 연결하기 위하여 최적화되고 신뢰성있는 고속의 통신 채널을 제공하는 네트워크

* LAN (Local) < MAN (Metropolitan) < WAN (Wide, 인터넷)

- LAN의 특징

• 제한된 접속 길이
• 전송 용량 : 보통 수십 Mbps에서 Gbps 정도
• 브로드캐스팅(broadcasting) 형태의 패킷 네트워크
• 패킷 지연의 최소화 : 통신 속도가 빠를 뿐만 아니라 거리가 제한되어 있어 수신 패킷 지연시간이 짧다
• 낮은 오류율 : WAN에 비해 상당히 작다(LAN : 10^-8, WAN : 10^-5)

 

IEEE의 LAN표준

- IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 현재 널리 수용되고 있는 LAN 관련 표준을 정의

 

 

- LAN 표준은 OSI 참조모델의 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당하는 표준

- LAN 환경에서의 데이터링크 계층은 LLC 계층과 MAC 계층으로 나누어서 처리

- LLC 계층은 하나 이상의 서비스 접근점(SAP, Service Access Point) 제공하는 계층으로 상위 계층과의 인터페이스를 다룸

- MAC 계층은 LLC보다 복잡하며 다음과 같은 기능 제공

   - 상위 계층의 데이터를 보낼 때 주소와 CRC를 포함한 프레임을 만듦

   - 프레임을 수신할 때 프레임을 풀어서 주소를 인식하고 CRC를 사용하여 오류 검사 수행

   - LAN 전송매체에 대한 접근 제어

- 인터넷에서 가장 많이 사용하는 이더넷 MAC은 IEEE 802.3

- 토큰 버스 MAC은 IEEE 802.4, 토큰링 MAC은 IEEE 802.5 WG(Working Group)에서 표준을 정함

- IEEE의 LAN 위원회는 현재 다음과 같은 WG(working group)포함

 

 

LAN 구성형태 (Topology)

- LAN과 같은 근거리 통신망은 비교적 단순한 형태를 가짐

- 근거리 통신망은 여러 가진 다양한 형태로 구성

 

 

• 스타(Star)형 구성
  • 모든 호스트는 하나의 허브(Hub) 또는 스위치(Switch)에 연결
  • 임의의 호스트에서 다른 호스트로의 데이터 전송은 허브 또는 스위치를 통해서만 가능
  • 이러한 의미에서 스타형은 허브형 구성이라고도 부름
    • 장점 : 설치 및 보수가 용이하며 허브를 쉽게 업그레이드 가능
    • 단점 : 허브가 고장나면 전체 네트워크가 동작이 되지 않으면 네트워크의 성능은 허브의 처리 용량에 의존
• 버스(Bus)형 구성
  • 모든 호스트는 하나의 전송매체에 연결
  • 전송매체는 연결된 여러 호스트들에 의하여 공유
  • 호스트들이 전송매체를 공평하게 사용할 수 있도록 하는 매체접근제어(MAC:Medium Access Control)가 필요
  • 보통 이더넷으로 불리는 CSMA/CD MAC프로토콜을 사용
    • 장점 : 케이블에 소요되는 비용이 최소, 각 노드의 고장이 네트워크의 다른 부분에 전혀 영향을 미치지 않음
    • 단점 : 메인 케이블에 고장이 나면 전체 네트워크에 영향을 줌, 네트워크 부하가 심한 경우에 성능이 떨어짐
• 링(Ring)형 구성
  • 루프(Loop)형이라고도 하며 연결된 전체 구성이 원형을 이루는 방식
  • 링형 구성형태에서 각 호스트는 두 개의 인접한 호스트와 연결
  • 모든 호스트가 링형의 전송매체를 공유하고 있으므로 전송매체의 접근을 제어할 수 있는 MAC프로토콜이 필요
  • IEEE 802.5의 토큰 링(Token Ring) MAC 프로토콜이 링형 구성에서 사용
    • 토큰링 MAC 프로토콜은 호스트의 송신을 제어하기 위해 토큰(Token)이라고 하는 짧은 메시지를 순환시켜 이 토큰을 획득한 호스트가 송신할 수 있는 권한을 가지도록 하는 방식 
  • 장점 : 링 방식에서는 토큰을 갖고 있는 호스트만이 데이터를 전송할 수 있으므로 호스트 수가 증가하더라도 성능에 영향을 주지 않음
  • 단점 : 임의의 호스트가 고장나면 네트워크 전체가 동작하지 않을 수 있으며 호스트를 추가하거나 제거할 때 어려움

 

이더넷(Ethernet)

 

이더넷 프레임 구조

- 데이터링크 계층에 포함

- 상위 계층의 패킷을 전달받아 프레임 형태로 변환하여 물리계층에 전달

 

 

• 프레임 필드
  •  Preamble : 물리 계층에서 전송되는 비트패턴으로 송신자와 수신자의 동기를 맞추기 위해 사용, 7바이트 크기이며 항상 7개의 10101010로 설정
  • SFD(Start Frame Delimeter) : 이더넷 프레임의 시작을 알려주는 신호 역할, 10101011로 설정
  • DA(Destination Address) / SA(Source Address) : 프레임을 수신/송신할 호스트의 MAC주소 (예:6바이트)
  • Type : 상위 계층의 프로토콜 정보(예: IP = 0x0800, ARP = 0x0806)를 포함
    • IP = 0x 16진수 , 0800 10진수 , 0000 1000 0000 0000 2진수
  • Data : 상위 계층에서 전달받은 데이터를 포함
  • Padding : Data가 46바이트 보다 작으면 46바이트로 채워주는 역할
  • FCS(Frame Check Sequence) : 프레임에 오류가 생겼는지 검출할 수 있는 CRC코드 

 

- Wireshark 프로토콜 분석기를 이용한 이더넷 프레임

 

* 목적지MAC주소 , 송신측 MAC 주소, FrameType (0800, IP), Data (IP 계층의 데이터)

* IP(상위계층) - 데이터

  Ethernet(하위계층) - H+데이터

* Header = ( 목적지MAC주소 + 송신측 MAC 주소 + FrameType )