[Chapter 07] LAN의 특징과 규격

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1️⃣ LAN 계층

🩶 LAN의 계층 구조

• 5계층, OSI 7계층은 인터넷 보급 후 만들어진 것
• LAN의 계층을 세분화
  • 논리 연결 제어 (LLC)
  • 매체 접근 제어 (MAC)

• LAN 계층
  • = 데이터 링크 계층
  • 물리적 주소를 기반으로 데이터의 전송 형태 결정
  • 물리적인 링크를 통해 데이터를 신뢰할 수 있게 전송
• LAN에 관련된 표준들은 IEEE (아이트리플E) 에 의해 표준화
  • 서비스 회사들이 모여서 서로 토론 후 정함
  • 제조사마다 표준 통신규약을 공유하여 다른 기종 폰끼리도 통신 가능하게 함
• 802섹션에 LAN 관련 표준들 정의
• LLC는 802.2에 정의
• MAC는 802.3 ~ 802.22

🩶 논리 연결 제어 (LLC)

• 논리 연결 제어(LLC) 하부계층: 두 노드를 논리적으로 연결하는 계층
• LLC 역할
  • 프레임 송 수신하는 방식 정함
  • ACK 주고 받고
  • 상위계층 (네트워크 계층)에 있는 프로토콜과의 인터페이스 제공
  • MAC 계층과 네트워크 계층의 연결 담당
  • 프레임을 에러없이 전달
  • 프레임 전송률 높이기 (ACK을 쓸건지 안쓸건지 결정)

• LLC 계층에 사용되는 프로토콜에 따라, 연결/비연결 서비스 지원 + 연결 서비스 유지관리 담당
• LLC는 사용 방식에 따라 3가지로 나눔
  • 비연결형 (연속적 x)
    • ACK 사용 X
    • 이더넷
  • 연결형 (연속적)
    • ACK 및 슬라이딩 윈도우 프로토콜 사용
    • HDLC
  • 비연결 확인형
  • 비연결형과 연결형 둘다 오류 탐색 코드는 사용함!!

🩶 매체 접근 제어 (MAC)

• 매체 접근 제어(MAC) 하부계층: 여러 종류 LAN의 연결 형태, 데이터 전송 방법, 헤더들 정의
  • 당야한 LAN을 살펴본다 = 여러 종류의 MAC을 살펴본다
• 설명 기준: 이더넷
• 이더넷은 별 형태 + CSMA/CD 프로토콜로 정의

• MAC 주소 → 6바이트로 구성
  • IPv4: 32비트 → 4바이트
  • MAC: 48비트 → 6바이트
• IP주소는 사용자가 변경할 수 있음 (논리적 주소)
• MAC 주소는 제조사가 부여한 값이라 변경 불가 (물리적 주소)
• 모든 통신 기기는 MAC 주소와 IP 주소 가짐
• 전화 - 전화번호
• 인터넷 - IP주소
• LAN 간 기기 통신 - MAC 주소

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2️⃣ 이더넷과 토큰 링

🩶 이더넷에 대하여

• 이더넷: 컴퓨터 네트워크 기술 중 하나, 일반적으로 LAN에서 가장 많이 활용, IEEE 802.3에 정의
• 초기는 버스형태, 현재는 스타형태
• 프로토콜: CSMA/CD
• 연결 형태: 버스 -> 링
• 허브: 이더넷에서 각 호스트를 유선으로 연결하는 장치
• 와이파이: 무선으로 연결할 수 있는 장치의 규격이
• = 무선 공유기

🩶 CSMA/CD

• 이더넷이 충돌을 처리하는 프로토콜
• 유선
  • cf. CSMA/CA
• 참여하는 모든 호스트들은 선이 사용중인지 아닌지 계속 듣고있음 (=스누핑)
  • CSMA: 귀 기울임
  • CD: 충돌 발견
• 선을 사용하는 호스트가 없으면 전송 시작
• 선을 사용하지 않을 때, 호스트들이 경쟁적으로 데이터를 보내려 해서 경쟁방식이라 부름
• 선을 사용하는 호소트가 없었을 때, 두개 이상의 호스트가 동시에 데이터를 날림 -> 신호 충돌
• 이때 데이터 전송을 즉시 멈추고 호스트 전체에 충돌 신호 보냄
• 충돌한 호스트는 무작위 수 만들어 일정시간 이후 재전송
  • 근데 또 충돌 가능

🩶 토큰 링

• 프로토콜: 토큰 링
• 연결 형태: 링 형태
• 호스트들을 원형으로 연결 → 토큰이라는 빈 패킷이 한쪽 방향으로 회전
• 전송하려는 호스트
  • 빈 토큰 가져가서 토큰에 주소와 데이터 채워 전송

• 받은 호스트
  • 토큰의 내용을 복사하고 계속 토큰 전달
• 이후 토큰이 회전하다 전송한 호스트한테 돌아오면, 토큰 회수 + 내용물 지워 다시 전송
  • 토큰에 데이터 채워 보낸 호스트가 데이터 지우고 빈 패킷 만듦

• 예약을 통한 충돌 회피 방식

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3️⃣ 데이터 링크 계층 프레임 분석

🩶 HDLC

• HDLC: 데이터 링크 계층의 여러 프로토콜 중 근간이 되는 프로토콜
• 동기식 전송 사용
• 동기식 중 비트 방식 사용
• 비트 스터핑 사용 -> 0111 1101 0
• 유니케스트, 멀티 케스트, 브로드 케스트 모두 지원
• 흐름제어로 슬라이딩 윈도우 프로토콜 사용
• Go-Back-N ARQ, Selective Repeat ARQ 지원
• FCS: 오류제어 위해 사용되는 필드, CRC-16 사용
• HDLC 프레임은 정보 프레임, 감시 프레임, 비번호 프레임 3종류
  • 정보 프레임: 사용자 정보, 제어 정보 포함 프레임 (I 프레임)
  • 감시 프레임: 제어 정보 가진 프레임 (S 프레임)
  • 비번호 프레임: 연결 관리정보 가진 프레임 (U 프레임)

Address + Control + FCS = Header

🩶 이더넷 프레임

• MAC 계층과 LLC 계층 모두 거침

• 패킷은 네트워크 계층으로부터 내려옴
• Data + padding 필드: LLC 계층으로부터 받은 LLC 프레임 들어감
• 이더넷 프레임 데이터 최대 크기 1500바이트 한정
• 상위에서 받은 데이터가 46보다 작으면, 패딩 붙여서 46바이트로 맞춤
  • 전체 64 (46+18) 바이트
• 헤더: 6+6+2+4 = 18 바이트
• 이더넷 프레임 크기 최소 64바이트 ~ 최대 1518바이트로 한정
• 프레임 언제 끝날지 예측 가능 → 포스트앰블 사용 X
• 프리앰블: 프리앰블 7바이트 + SFD 1바이트 = 총 8바이트
  • 10101010을 7번 전송 → 통신의 시작
  • 7바이트의 프리앰블 끝나고, 프레임의 시작을 알리는게 SFD(10101011)
• Destination address: 목적지 주소
• Source address: 보내는 호스트 주소
• Length/Type 필드: 데이터가 1500바이트 이하 → 데이터의 길이(Length)
• Length/Type 필드의 값이 1500 이상 → Type
• FCS 필드: 이더넷 프레임의 오류 탐색, CRC-32 사용 (규정이라 고정임)

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4️⃣ 내가 헷갈려서 하는 추가 정리

• LAN 계층 = (데이터 링크 계층) 은 LLC와 MAC로 나뉨
• LLC
  • 데이터 링크 계층의 상위 부분
  • MAC 계층과 네트워크 계층 간의 인터페이스 담당
  • 오류제어, 흐름제어
• MAC
  • 데이터 링크 계층의 하위 계층
  • 어떤 장치가 언제 데이터 전송할지 제어
  • 네트워크 장치의 고유한 MAC 주소 사용해서 데이터 목적지로 전달
  • CSMA/CD, 토큰링 프로토콜이 작동하는 곳
• 이더넷, 토큰링: LAN의 기술, 데이터 링크 계층의 프로토콜
• CSMA/CD, 토큰링: 프로토콜
• 이더넷 프로토콜 → 프로토콜로 CSMA/CD 사용
• 토큰링 프로토콜 → 프로토콜로 토큰링 사용
• 이더넷을 예시로 들자면
  • LLC -> MAC -> 이더넷 프레임
    • 데이터 전송시에
    • LLC 헤더 추가 및 오류, 흐름 제어
    • MAC 헤더 추가 및 CSMA/CD 프로토콜 사용
  • 이더넷 프레임 -> MAC -> LLC
    • 데이터 수신 시에
    • MAC 헤더 확인
    • LLC 헤더 확인
• 데이터 링크 계층 프레임
  • 데이터 링크 계층에서 생성되고 물리 계층으로 가기 전에 필요한 모든 헤더와 정보가 추가된 상태 (MAC와 LLC 계층을 모두 거쳐 필요한 헤더 다 생김)
• HDLC
  • 하나의 통합 프로토콜
  • 자체 헤더 가짐

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💻 Reference

데이터통신과 네트워킹 | 조성호 - 교보문고