연결 계층
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연결 계층
개요
연결 계층(Link Layer)은 네트워크의 통신 프로토콜 스택에서 가장 낮은 계층 중 하나로, OSI(Open Systems Interconnection 7계층델에서 제2계층(Data Link Layer)에 해당합니다. 이 계층의 주요 목적은 동일한 물리적 네트워크 링크를 공유하는 두 노드 사이에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 것입니다. 연결 계층은 물리적 전송 매체(예: 케이블, 무선 주파수) 위에서 비트 스트림을 다루는 물리 계층(제1계층)과, 네트워크 간 통신을 담당하는 네트워크 계층(제3계층) 사이에서 중개 역할을 합니다.
이 계층은 데이터를 프레임(Frame)이라는 단위로 캡슐화하고, 오류 검출, 흐름 제어, 액세스 제어 등을 수행하여 데이터의 정확한 전달을 보장합니다. 연결 계층은 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 무선 네트워크 등 다양한 네트워크 환경에서 핵심적인 역할을 수행합니다.
주요 기능
1. 프레임링(Framing)
연결 계층은 상위 계층(네트워크 계층)에서 전달된 패킷을 프레임(Frame)이라는 단위로 캡슐화합니다. 프레임은 데이터 외에도 헤더와 트레일러를 포함하며, 이 정보에는 출발지 및 목적지 MAC 주소, 오류 검출 코드(FCS 등), 제어 정보가 포함됩니다.
- 프레임 구조 예시:
+----------------+----------------+----------------+----------------+ | 프리앰블 | 목적지 MAC 주소 | 출처 MAC 주소 | 데이터 | FCS | +----------------+----------------+----------------+----------------+
2. 오류 검출 및 수정
전송 과정에서 비트 오류가 발생할 수 있으므로, 연결 계층은 오류 검출 기법을 사용합니다. 대표적인 방법으로는: - CRC(Cyclic Redundancy Check): 프레임 끝에 추가된 체크섬 값으로, 수신 측에서 오류를 검출 - 패리티 비트: 단순한 오류 검출 방식 (제한적)
오류 수정은 일반적으로 연결 계층에서 수행되지 않으며, 오류가 감지되면 프레임을 폐기하고 재전송을 요청합니다.
3. 흐름 제어(Flow Control)
송신 측이 수신 측의 처리 능력을 초과하여 데이터를 보내는 것을 방지하기 위해 흐름 제어를 적용합니다. 주요 기법으로는: - 정지-대기(Stop-and-Wait) - 슬라이딩 윈도우(Sliding Window)
4. 접근 제어(Access Control)
여러 장치가 동일한 전송 매체를 공유할 경우(예: 이더넷), 충돌을 방지하기 위한 매체 접근 제어(MAC, Medium Access Control)가 필요합니다. 대표적인 프로토콜로는: - CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): 유선 이더넷에서 사용 - CSMA/CA(Collision Avoidance): 무선 네트워크(Wi-Fi)에서 사용
연결 계층의 하위 계층
연결 계층은 두 개의 하위 계층으로 나뉩니다:
1. 로직 링크 제어(LLC, Logical Link Control)
- 상위 계층과의 인터페이스를 제공
- 흐름 제어 및 오류 제어 기능 담당
- IEEE 802.2 표준에 정의됨
2. 매체 접근 제어(MAC, Medium Access Control)
- 물리적 네트워크의 액세스 제어 담당
- MAC 주소(48비트 하드웨어 주소)를 사용하여 장치 식별
- 이더넷, Wi-Fi, 블루투스 등 다양한 기술에서 구현
주요 기술 및 프로토콜
| 기술 | 설명 |
|---|---|
| 이더넷(Ethernet) | 가장 널리 사용되는 유선 LAN 기술. IEEE 802.3 표준 기반 |
| Wi-Fi(IEEE 802.11) | 무선 LAN 기술. CSMA/CA 기반의 MAC 프로토콜 사용 |
| PPP(Point-to-Point Protocol) | 두 노드 간 직접 연결을 위한 프로토콜 (예: DSL 인터넷) |
| ARP(Address Resolution Protocol) | IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜 (네트워크 계층과 협업) |
MAC 주소
MAC 주소는 연결 계층에서 장치를 고유하게 식별하는 데 사용되는 48비트 식별자입니다. 형식은 00:1A:2B:3C:4D:5E와 같이 16진수로 표기되며, 제조업체에 따라 고유하게 할당됩니다.
MAC 주소는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 하드웨어적으로 내장되어 있으며, 전 세계적으로 중복되지 않도록 관리됩니다.
연결 계층의 중요성
연결 계층은 네트워크 통신의 기초적 안정성을 제공합니다. 상위 계층이 원활히 작동하기 위해서는 이 계층이 정확하게 프레임을 전달하고 오류를 관리해야 합니다. 특히, 로컬 네트워크 내에서의 장치 간 통신은 연결 계층의 성능에 직접적으로 영향을 받습니다.
또한, 스위치(Switch)와 같은 네트워크 장비는 연결 계층에서 동작하며, MAC 주소 테이블을 기반으로 프레임을 전달합니다. 이는 네트워크의 효율성과 보안에도 중요한 역할을 합니다.
참고 자료 및 관련 문서
- IEEE 802 표준
- OSI 7계층 모델
- MAC 주소
- 이더넷
- ARP 프로토콜
- CSMA/CD, CSMA/CA
이 문서는 네트워크 기술의 핵심 요소인 연결 계층의 개념, 기능, 구조를 개략적으로 설명합니다. 네트워크 설계 및 운영을 위한 기초 지식으로 활용할 수 있습니다.
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