연 계층(Link Layer)은 컴퓨터 네트워크의 통신 프로토콜 스택에서 가장 하위 계층 중 하나로, 물리 계층 위에 위치하며 네트워크 계층 아래에 자리 잡고 있습니다. 이 계층은일한 물리적 네트워크 세그먼트 내에서 두 장치 간의 데이터 전송을 책임지며, 데이터를 프레임 단위로 패키징하고, 물리적 주소(예: MAC 주소)를 사용하여 목적지 장치를 식별합니다. 연결 계층은 네트워크의 안정성과 효율성을 보장하는 핵심 요소로 작용합니다.
개요
연결 계층은 OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 모델에서 제2계층(Data Link Layer)에 해당하며, TCP/IP 모델에서는 네트워크 인터페이스 계층(또는 링크 계층)으로 분류됩니다. 이 계층의 주요 목적은 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 다음과 같은 기능을 수행하는 것입니다:
- 프레임화(Framing): 데이터를 전송 단위인 프레임으로 묶음
- 물리적 주소화(Addressing): MAC 주소를 사용하여 네트워크 내 장치 식별
- 오류 검출 및 제어: 전송 중 발생할 수 있는 비트 오류를 검출하고, 필요한 경우 재전송 요청
- 흐름 제어(Flow Control): 송신과 수신 장치 간의 데이터 속도 불균형 조절
- 접근 제어(Access Control): 공유 매체(예: 이더넷)에서 다수 장치가 동시에 접근하지 않도록 제어
이 계층은 LAN(Local Area Network), Wi-Fi, 블루투스, PPP(Point-to-Point Protocol) 등 다양한 네트워크 기술에서 구현됩니다.
주요 기능
프레임화 (Framing)
연결 계층은 상위 계층(네트워크 계층)에서 전달받은 데이터 패킷을 프레임(Frame)이라는 단위로 캡슐화합니다. 프레임은 헤더, 데이터, 트레일러로 구성되며, 헤더에는 출발지와 목적지 MAC 주소, 제어 정보가 포함되고, 트레일러에는 오류 검출을 위한 정보(예: CRC, Cyclic Redundancy Check)가 추가됩니다.
예를 들어, 이더넷 프레임은 다음과 같은 구조를 가집니다:
| 필드 |
설명 |
| 프리앰블 |
동기화를 위한 비트 패턴 |
| 목적지 MAC 주소 |
6바이트, 수신 장치 식별 |
| 출발지 MAC 주소 |
6바이트, 송신 장치 식별 |
| 타입/길이 |
상위 계층 프로토콜 식별 (예: IPv4, IPv6) |
| 데이터 |
최대 1500바이트 (MTU 기준) |
| FCS (Frame Check Sequence) |
오류 검출을 위한 CRC 값 |
물리적 주소화 (MAC 주소)
연결 계층은 MAC 주소(Media Access Control Address)를 사용하여 네트워크 내의 장치를 고유하게 식별합니다. MAC 주소는 48비트(6바이트) 길이의 하드웨어 주소로, 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고정되어 있으며, 전 세계적으로 유일하게 할당됩니다. 이 주소는 IP 주소와 달리 네트워크 계층이 아닌 연결 계층에서 사용됩니다.
예: 00:1A:2B:3C:4D:5E
오류 검출 및 제어
전송 중 비트 플립 등의 오류가 발생할 수 있으므로, 연결 계층은 오류 검출 기법을 사용합니다. 가장 일반적인 방법은 CRC(Cyclic Redundancy Check)로, 송신 측에서 계산한 CRC 값을 프레임에 포함하고, 수신 측에서 동일한 계산을 수행하여 일치 여부를 확인합니다. 불일치 시 프레임은 폐기되며, 재전송이 요청될 수 있습니다.
흐름 제어
수신 장치의 처리 속도가 송신 장치보다 느릴 경우, 데이터가 유실될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 연결 계층은 정지-대기(Stop-and-Wait) 또는 슬라이딩 윈도우(Sliding Window) 방식의 흐름 제어 기법을 사용합니다. 이는 수신 장치가 버퍼에 여유가 있을 때만 데이터를 수락하도록 조정합니다.
공유 네트워크(예: 이더넷, Wi-Fi)에서는 여러 장치가 동일한 채널을 사용하기 때문에 충돌이 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 연결 계층은 매체 접근 제어(Medium Access Control) 기법을 사용합니다. 대표적인 방식은 다음과 같습니다:
- CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): 이더넷에서 사용, 충돌 감지 후 재전송
- CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): Wi-Fi에서 사용, 충돌 방지 중심
연결 계층 프로토콜 예시
| 프로토콜 |
설명 |
| 이더넷(Ethernet) |
가장 널리 사용되는 LAN 기술, CSMA/CD 기반 |
| Wi-Fi(IEEE 802.11) |
무선 LAN 표준, CSMA/CA 사용 |
| PPP(Point-to-Point Protocol) |
두 장치 간 직접 연결, 주로 모뎀 연결에 사용 |
| HDLC(High-Level Data Link Control) |
동기식 시리얼 링크용 표준 프로토콜 |
| Bluetooth |
근거리 무선 통신, 마이크로네트워크 형성 |
관련 계층과의 관계
연결 계층은 물리 계층(1계층)과 네트워크 계층(3계층) 사이에서 중요한 다리 역할을 합니다.
- 물리 계층: 비트 단위 전송을 담당하며, 연결 계층의 프레임을 전기적/광학적 신호로 변환
- 네트워크 계층: IP 주소 기반의 경로 선택과 패킷 전달을 수행하며, 연결 계층을 통해 실제 물리적 전송을 구현
예를 들어, IP 패킷은 네트워크 계층에서 생성되지만, 실제 이더넷 케이블을 통해 전송되기 위해서는 연결 계층에서 MAC 주소를 포함한 이더넷 프레임으로 캡슐화되어야 합니다.
참고 자료 및 관련 문서
연결 계층은 현대 네트워크 인프라의 기초를 이루는 핵심 구성 요소로, 안정적이고 효율적인 데이터 전송을 위한 다양한 기술과 프로토콜이 이 계층에서 구현되고 있습니다.
# 연결 계층
**연 계층**(Link Layer)은 컴퓨터 네트워크의 통신 프로토콜 스택에서 가장 하위 계층 중 하나로, 물리 계층 위에 위치하며 네트워크 계층 아래에 자리 잡고 있습니다. 이 계층은일한 물리적 네트워크 세그먼트 내에서 두 장치 간의 데이터 전송을 책임지며, 데이터를 프레임 단위로 패키징하고, 물리적 주소(예: MAC 주소)를 사용하여 목적지 장치를 식별합니다. 연결 계층은 네트워크의 안정성과 효율성을 보장하는 핵심 요소로 작용합니다.
## 개요
연결 계층은 OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 모델에서 **제2계층**(Data Link Layer)에 해당하며, TCP/IP 모델에서는 **네트워크 인터페이스 계층**(또는 링크 계층)으로 분류됩니다. 이 계층의 주요 목적은 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 다음과 같은 기능을 수행하는 것입니다:
- **프레임화**(Framing): 데이터를 전송 단위인 프레임으로 묶음
- **물리적 주소화**(Addressing): MAC 주소를 사용하여 네트워크 내 장치 식별
- **오류 검출 및 제어**: 전송 중 발생할 수 있는 비트 오류를 검출하고, 필요한 경우 재전송 요청
- **흐름 제어**(Flow Control): 송신과 수신 장치 간의 데이터 속도 불균형 조절
- **접근 제어**(Access Control): 공유 매체(예: 이더넷)에서 다수 장치가 동시에 접근하지 않도록 제어
이 계층은 LAN(Local Area Network), Wi-Fi, 블루투스, PPP(Point-to-Point Protocol) 등 다양한 네트워크 기술에서 구현됩니다.
## 주요 기능
### 프레임화 (Framing)
연결 계층은 상위 계층(네트워크 계층)에서 전달받은 데이터 패킷을 **프레임**(Frame)이라는 단위로 캡슐화합니다. 프레임은 헤더, 데이터, 트레일러로 구성되며, 헤더에는 출발지와 목적지 MAC 주소, 제어 정보가 포함되고, 트레일러에는 오류 검출을 위한 정보(예: CRC, Cyclic Redundancy Check)가 추가됩니다.
예를 들어, 이더넷 프레임은 다음과 같은 구조를 가집니다:
| 필드 | 설명 |
|------|------|
| 프리앰블 | 동기화를 위한 비트 패턴 |
| 목적지 MAC 주소 | 6바이트, 수신 장치 식별 |
| 출발지 MAC 주소 | 6바이트, 송신 장치 식별 |
| 타입/길이 | 상위 계층 프로토콜 식별 (예: IPv4, IPv6) |
| 데이터 | 최대 1500바이트 (MTU 기준) |
| FCS (Frame Check Sequence) | 오류 검출을 위한 CRC 값 |
### 물리적 주소화 (MAC 주소)
연결 계층은 **MAC 주소**(Media Access Control Address)를 사용하여 네트워크 내의 장치를 고유하게 식별합니다. MAC 주소는 48비트(6바이트) 길이의 하드웨어 주소로, 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고정되어 있으며, 전 세계적으로 유일하게 할당됩니다. 이 주소는 IP 주소와 달리 네트워크 계층이 아닌 연결 계층에서 사용됩니다.
예: `00:1A:2B:3C:4D:5E`
### 오류 검출 및 제어
전송 중 비트 플립 등의 오류가 발생할 수 있으므로, 연결 계층은 **오류 검출 기법**을 사용합니다. 가장 일반적인 방법은 **CRC**(Cyclic Redundancy Check)로, 송신 측에서 계산한 CRC 값을 프레임에 포함하고, 수신 측에서 동일한 계산을 수행하여 일치 여부를 확인합니다. 불일치 시 프레임은 폐기되며, 재전송이 요청될 수 있습니다.
### 흐름 제어
수신 장치의 처리 속도가 송신 장치보다 느릴 경우, 데이터가 유실될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 연결 계층은 **정지-대기**(Stop-and-Wait) 또는 **슬라이딩 윈도우**(Sliding Window) 방식의 흐름 제어 기법을 사용합니다. 이는 수신 장치가 버퍼에 여유가 있을 때만 데이터를 수락하도록 조정합니다.
### 매체 접근 제어 (MAC)
공유 네트워크(예: 이더넷, Wi-Fi)에서는 여러 장치가 동일한 채널을 사용하기 때문에 충돌이 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 연결 계층은 **매체 접근 제어**(Medium Access Control) 기법을 사용합니다. 대표적인 방식은 다음과 같습니다:
- **CSMA/CD**(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): 이더넷에서 사용, 충돌 감지 후 재전송
- **CSMA/CA**(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): Wi-Fi에서 사용, 충돌 방지 중심
## 연결 계층 프로토콜 예시
| 프로토콜 | 설명 |
|---------|------|
| **이더넷**(Ethernet) | 가장 널리 사용되는 LAN 기술, CSMA/CD 기반 |
| **Wi-Fi**(IEEE 802.11) | 무선 LAN 표준, CSMA/CA 사용 |
| **PPP**(Point-to-Point Protocol) | 두 장치 간 직접 연결, 주로 모뎀 연결에 사용 |
| **HDLC**(High-Level Data Link Control) | 동기식 시리얼 링크용 표준 프로토콜 |
| **Bluetooth** | 근거리 무선 통신, 마이크로네트워크 형성 |
## 관련 계층과의 관계
연결 계층은 **물리 계층**(1계층)과 **네트워크 계층**(3계층) 사이에서 중요한 다리 역할을 합니다.
- **물리 계층**: 비트 단위 전송을 담당하며, 연결 계층의 프레임을 전기적/광학적 신호로 변환
- **네트워크 계층**: IP 주소 기반의 경로 선택과 패킷 전달을 수행하며, 연결 계층을 통해 실제 물리적 전송을 구현
예를 들어, IP 패킷은 네트워크 계층에서 생성되지만, 실제 이더넷 케이블을 통해 전송되기 위해서는 연결 계층에서 MAC 주소를 포함한 이더넷 프레임으로 캡슐화되어야 합니다.
## 참고 자료 및 관련 문서
- [OSI 모델 - 위키백과](https://ko.wikipedia.org/wiki/OSI_모델)
- [IEEE 802 표준](https://standards.ieee.org/standard/802.html)
- [RFC 893 - Ethernet Addressing](https://tools.ietf.org/html/rfc893)
- [TCP/IP 모델](https://ko.wikipedia.org/wiki/TCP/IP_모델)
연결 계층은 현대 네트워크 인프라의 기초를 이루는 핵심 구성 요소로, 안정적이고 효율적인 데이터 전송을 위한 다양한 기술과 프로토콜이 이 계층에서 구현되고 있습니다.