# 연결 계층

## 개요

**연결 계층**(Link Layer)은 네트워크의신 프로토콜 스택에서 가장 낮은 계층 중 하나로, OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 모델에서는 **제2계층**(Data Link Layer)에 해당합니다. 이 계층은 물리적인 전송 매체(예: 케이블, 무선 주파수)를 통해 데이터를 전달하는 역할을 수행하는 물리 계층(제1계층) 위에 위치하며, 인접한 네트워크 노드 간에 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 기능을 수행합니다.

연결 계층의 주요 목적은 **비트 스트림**(bit stream)을 의미 있는 단위인 **프레임**(frame)으로 구성하고, 오류 검출 및 제어, 흐름 제어, 물리적 주소(맥 주소, MAC address) 기반의 장치 식별, 그리고 공유 매체에서의 접근 제어 등을 통해 데이터의 안정적인 전송을 가능하게 하는 것입니다.

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## 주요 기능

### 1. 프레임 형성 (Framing)

연결 계층은 상위 계층(예: 네트워크 계층)에서 전달된 패킷을 **프레임**이라는 단위로 캡슐화합니다. 프레임은 데이터 외에도 **헤더**(header)와 **트레일러**(trailer)를 포함하며, 여기에는 출발지 및 목적지 MAC 주소, 오류 검출 코드(FCS, Frame Check Sequence) 등의 정보가 포함됩니다.

- **프레임 구조 예시**:
  ```
  | 프리앰블 | 목적지 MAC | 출발지 MAC | 타입/길이 | 데이터 | FCS |
  ```

### 2. 물리적 주소 관리 (MAC 주소)

각 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 고유한 **MAC 주소**(Media Access Control address)를 가지며, 이는 48비트(12자리 16진수)로 표현됩니다. 연결 계층은 이 주소를 사용하여 동일한 로컬 네트워크(LAN) 내에서 데이터 프레임을 정확한 목적지 장치로 전달합니다.

예: `00:1A:2B:3C:4D:5E`

### 3. 오류 검출 및 제어

전송 과정에서 비트 오류가 발생할 수 있으므로, 연결 계층은 오류를 검출하기 위한 기법을 사용합니다. 대표적인 방법으로는 **CRC**(Cyclic Redundancy Check)가 있으며, 수신 측에서 프레임의 무결성을 검증한 후 오류가 발견되면 프레임을 폐기합니다.

> 주의: 연결 계층은 일반적으로 오류 **검출**(detection)까지만 수행하며, **정정**(correction)은 상위 계층이나 다른 메커니즘에서 처리합니다.

### 4. 흐름 제어 (Flow Control)

송신 장치가 수신 장치보다 빠르게 데이터를 전송하면 수신 버퍼가 오버플로우될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 연결 계층은 흐름 제어 메커니즘(예: 정지-대기 ARQ, 슬라이딩 윈도우)을 적용하여 데이터 전송 속도를 조절합니다.

### 5. 매체 접근 제어 (Media Access Control)

여러 장치가 동일한 전송 매체(예: 이더넷 케이블, 무선 주파수)를 공유할 경우, 누가 언제 데이터를 전송할 것인지 결정하는 **매체 접근 제어**(MAC) 메커니즘이 필요합니다. 주요 접근 방식은 다음과 같습니다:

- **CSMA/CD**(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): 유선 이더넷에서 사용되며, 충돌을 감지하고 재전송합니다.
- **CSMA/CA**(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): 무선 네트워크(Wi-Fi)에서 사용되며, 충돌을 사전에 방지하려고 시도합니다.

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## 주요 프로토콜 및 기술

### 이더넷 (Ethernet)

가장 널리 사용되는 연결 계층 기술로, IEEE 802.3 표준을 따릅니다. LAN 환경에서 스위치와 컴퓨터 간의 연결에 주로 사용되며, 고속 전송(1Gbps, 10Gbps 이상)을 지원합니다.

- **특징**:
  - MAC 주소 기반 전달
  - CSMA/CD 기반 (전통적 공유형 이더넷)
  - 스위치 기반 풀 듀플렉스 통신 (현대 이더넷)

### Wi-Fi (IEEE 802.11)

무선 로컬 영역 네트워크(WLAN)에서 사용되는 연결 계층 기술로, IEEE 802.11 표준에 기반합니다. CSMA/CA를 사용하여 무선 주파수의 공유를 관리합니다.

- **하위 계층 구조**:
  - LLC (Logical Link Control): 상위 계층과의 인터페이스 제공
  - MAC (Medium Access Control): 프레임 전송, 오류 제어, 매체 접근

### PPP (Point-to-Point Protocol)

점대점 연결(예: DSL, 직렬 케이블)에서 사용되는 프로토콜로, 인증(예: PAP, CHAP), 다중 프로토콜 캡슐화 등을 지원합니다. 연결 계층의 간단한 형태로 간주됩니다.

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## 연결 계층의 역할과 네트워크 장비

### 스위치 (Switch)

스위치는 연결 계층에서 동작하는 네트워크 장비로, 수신한 프레임의 목적지 MAC 주소를 분석하여 해당 포트로만 데이터를 전달함으로써 네트워크 효율을 높입니다. 스위치는 MAC 주소 테이블을 유지 관리하여 주소와 포트의 매핑을 수행합니다.

### 브리지 (Bridge)

스위치의 전신으로, 두 개의 LAN 세그먼트를 연결하고 MAC 주소 기반으로 프레임을 전달합니다. 현재는 스위치에 의해 대부분 대체되었습니다.

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## 관련 표준 및 참고 자료

- **IEEE 802 시리즈**: 이더넷(802.3), Wi-Fi(802.11), 브리징(802.1D) 등 연결 계층 기술의 표준
- **OSI 모델**: 연결 계층은 제2계층으로 정의됨
- **RFC 1055**: SLIP (Serial Line IP), 연결 계층 프로토콜의 예

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## 결론

연결 계층은 네트워크 통신의 기초를 형성하는 핵심 계층으로, 로컬 네트워크 내에서 장치 간의 정확하고 효율적인 데이터 전송을 보장합니다. MAC 주소, 프레임, 오류 검출, 매체 접근 제어 등의 기술을 통해 물리적 연결 위에 의미 있는 통신을 구축하며, 이더넷, Wi-Fi, PPP 등의 기술을 통해 다양한 환경에서 활용되고 있습니다. 네트워크의 성능과 안정성은 연결 계층의 설계와 운영 방식에 크게 영향을 받기 때문에, 네트워크 엔지니어링에서 매우 중요한 위치를 차지합니다.