연결 계층
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연결 계층
개요
연결 계층(Link, 또는 데이터 링크 계층, Data Link Layer)은 OSI(Open Systems Interconnection) 7계층 모델의 2번 계층으로, 물리 계층 위에 위치하며 네트워크 계 아래에 있는 중요한층이다. 이 계층의 주요 목적은 동일한 물리적 네트워크 상에 있는 두 노드(예: 컴퓨터, 스위치, 라우터 등) 간에 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 것이다. 연결 계층은 물리적인 전송 매체(예: 케이블, 무선 신호)를 통해 비트를 전송하는 물리 계층의 기능을 활용하면서, 그 위에 구조화된 데이터 프레임을 만들어 오류 검출, 흐름 제어, 액세스 제어 등을 수행한다.
이 계층은 네트워크의 안정성과 효율성을 높이는 데 핵심적인 역할을 하며, 특히 이더넷(Ethernet), Wi-Fi(IEEE 802.11), PPP(Point-to-Point Protocol)와 같은 다양한 연결 기술의 기반이 된다.
주요 기능
1. 프레임 형성 (Framing)
연결 계층은 네트워크 계층에서 전달된 패킷을 프레임(Frame)이라는 단위로 캡슐화한다. 프레임은 데이터 외에도 헤더와 트레일러를 포함하며, 헤더에는 출발지 및 목적지 MAC 주소, 제어 정보 등이 포함되고, 트레일러에는 오류 검출을 위한 정보(예: CRC)가 들어간다.
예시 프레임 구조:
+----------------+----------------+----------------+----------------+
| 헤더 (MAC 주소 등) | 데이터 (패킷) | 테일러 (CRC 등) | 간격 (Interframe Gap) |
+----------------+----------------+----------------+----------------+
2. 오류 검출 및 제어 (Error Detection and Correction)
전송 과정에서 비트 오류가 발생할 수 있으므로, 연결 계층은 순환 중복 검사(CRC, Cyclic Redundancy Check)와 같은 기법을 사용해 오류를 검출한다. 대부분의 경우 오류 정정은 하드웨어 수준에서 처리되며, 오류가 발견되면 프레임을 폐기하고 재전송을 요청한다.
3. 흐름 제어 (Flow Control)
수신 장치의 처리 능력을 초과하지 않도록 송신 장치의 데이터 전송 속도를 조절하는 기능이다. 예를 들어, 수신 장치의 버퍼가 가득 찼을 경우, 송신 장치에게 일시 중지 요청을 보내는 방식으로 구현된다.
4. 액세스 제어 (Media Access Control)
여러 장치가 동일한 전송 매체(예: 공유 이더넷 버스, 무선 주파수)를 사용할 때, 누가 언제 데이터를 전송할 수 있는지를 제어하는 기능이다. 대표적인 방식으로는: - CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): 유선 이더넷에서 사용 - CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): Wi-Fi와 같은 무선 네트워크에서 사용
하위 계층: LLC와 MAC
연결 계층은 두 개의 하위 계층으로 나뉜다:
1. 논리 링크 제어 (LLC, Logical Link Control)
- IEEE 802.2 표준에 정의됨
- 상위 계층(네트워크 계층)과의 인터페이스를 제공
- 프레임 동기화, 흐름 제어, 오류 제어 등의 서비스를 수행
- 다양한 MAC 기술 위에서 호환성을 보장
2. 매체 접근 제어 (MAC, Media Access Control)
- IEEE 802 시리즈(예: 802.3 이더넷, 802.11 Wi-Fi)에 정의됨
- 물리적 네트워크 상에서 데이터 프레임의 전송 및 수신을 관리
- 각 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고유한 MAC 주소(48비트)를 할당
- 충돌 제어, 액세스 스케줄링 등 수행
주요 연결 기술
| 기술 | 설명 | 적용 예시 |
|---|---|---|
| 이더넷(Ethernet) | 가장 널리 사용되는 유선 LAN 기술, CSMA/CD 기반 | 사무실, 데이터 센터 |
| Wi-Fi(IEEE 802.11) | 무선 LAN 기술, CSMA/CA 기반 | 스마트폰, 노트북 무선 연결 |
| PPP(Point-to-Point Protocol) | 두 노드 간 직접 연결을 위한 프로토콜 | 다이얼업, DSL 연결 |
| Bluetooth | 짧은 거리 무선 통신, MAC 계층 기능 포함 | 무선 헤드셋, 마우스 |
| Token Ring | 토큰 기반 접근 방식 (현재 거의 사용되지 않음) | 구형 LAN 환경 |
MAC 주소
- MAC 주소(Media Access Control Address)는 48비트(12자리 16진수)로 표현되는 고유 식별자이다.
- 예:
00:1A:2B:3C:4D:5E - 제조업체에 따라 고유한 OUI(Organizationally Unique Identifier)가 할당되며, 나머지 비트는 장치별로 고유하게 설정된다.
- MAC 주소는 물리적 계층과 연결 계층에서 사용되며, 브로드캐스트(
FF:FF:FF:FF:FF:FF) 및 멀티캐스트 주소도 정의되어 있다.
관련 프로토콜 및 표준
- IEEE 802 시리즈: 이더넷(802.3), 무선 LAN(802.11), 브리지(802.1D) 등
- ARP(Address Resolution Protocol): IP 주소를 MAC 주소로 변환
- RARP(Reverse ARP): MAC 주소로 IP 주소를 찾는 구식 프로토콜
- LLDP(Link Layer Discovery Protocol): 네트워크 장치 간 정보 교환
참고 자료
- Tanenbaum, A. S., & Wetherall, D. J. (2011). Computer Networks. Pearson Education.
- IEEE Standards Association. (https://ieeexplore.ieee.org)
- RFC 826 - "An Ethernet Address Resolution Protocol"
연결 계층은 네트워크 통신의 기초를 이루며, 다양한 하드웨어와 프로토콜이 이 계층에서 상호작용한다. 이 계층의 안정적인 동작 없이는 상위 계층의 통신이 불가능하다고 할 수 있다.
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