Chapter 9. 데이터 링크 층(Data-Link Layer)

0절. 개요

인터넷(Internet)

• 라우터나 스위치와 같은 장치들이 연결된 네트워크 조합
• 패킷을 호스트에서 다른 호스트로 전달하는 경우 네트워크들을 통과하는 경로 필요

노드와 링크

• 데이터 링크 층의 통신 : 노드-대-노드(Node-To-Node)
• LAN과 WAN : 라우터를 통한 연결
• 노드(Node) : 2개의 종단 호스트와 라우터
• 링크(Link) : 두 노드 사이 네트워크

서비스

• 데이터 링크 층
  • 프레임 짜기, 흐름 제어, 오류 제어, 혼잡 제어
  • 물리 계층(1계층)과 네트워크 층(3계층) 사이 위치
    • 물리층으로부터 서비스를 제공받음
    • 네트워크 층에 서비스 제공

두 가지 범주의 링크

1. 점-대-점(Point-To-Point) 링크
   • 전송 매체의 모든 성능 사용
   • 서로 연결된 두 개의 단말에만 전념
2. 브로드캐스트(BroadCast) 링크
   • 링크 성능의 일부 사용
   • 몇 개의 기기 쌍 사이에서 공유

두 개의 부 계층

1. 데이터 링크 제어(DLC : Data-Link Control)
   • 점-대-점과 브로드캐스트 링크와 연관된 모든 사항 제어
2. 매체 접근 제어(MAC : Media Access Control)
   • 브로드캐스트 링크의 특별 사항 제어

1절. 링크 계층 주소

링크 계층 주소(Link-Layer Address)

• 링크 계층 주소(link-layer address)

  • 링크 주소(link address)
  • 물리 주소(physical address)
  • MAC 주소 (MAC address)

• IP 주소 특징

  • 발신지와 목적지 IP 주소 존재
  • 두 종단을 정의하지만 패킷이 경유하는 경로 정의 불가
• 비연결형(connectionless) 상호연결 네트워크
  • 두 노드의 링크 계층 주소의 결정 : 다른 주소지정 메커니즘 필요
• 데이터그램이 네트워크 층에서 데이터-링크 층으로 전달되는 경우
  • 프레임에 캡슐화되고 두 데이터 링크 주소는 프레임 헤더에 추가

세 가지 유형의 주소

1. 유니캐스트 주소
2. 멀티캐스트 주소
3. 브로드캐스트 주소

유니캐스트 주소

• 일-대-일 통신
• 유니캐스팅
• 유니캐스트 주소 목적지를 갖는 프레임은 링크에서 하나의 장치와 연결

멀티 캐스트

• 일-대-다 통신
• 로컬 링크로 범위 제한

브로드캐스트 주소

• 일-대-전체 통신
• 목적지가 브로드캐스트 주소인 프레임은 링크 내 모든 장치로 전달

주소 변환 프로토콜(ARP : Address Resolution Protocol)

• IP 주소를 지정된 링크 계층 주소에 매핑 후 데이터링크 층으로 전달
• 네트워크 층에서 정의한 보조 프로토콜 중 하나
• 다음 노드의 IP 주소는 링크 내 프레임 이동 시 도움 X
• 다음 노드의 링크 계층 주소의 필요성 증가로 생긴 프로토콜

주소 변환 프로토콜 동작 과정

ARP 패킷 형식

• 하드웨어 유형(hardware type) 필드
  • 링크 계층 프로토콜 유형
  • 이더넷의 경우는 1
• 프로토콜 유형(protocol type) 필드
  • 네트워크 계층 프로토콜
  • IPv4 프로토콜은 (0800)16
• 하드웨어 길이
  • 물리 주소 바이트 수
  • 이더넷의 경우는 6
• 프로토콜 길이
  • 논리 주소 바이트 수
  • IPv4의 경우는 4
• 동작(Operation)
  • Packet 타입
  • 요청(Request)의 경우는 1
  • 응답(Reply)의 경우는 2
• 발신지 하드웨어 주소 & 발신지 프로토콜 주소
  • 송신자 링크 계층과 네트워크 계층 주소 정의
• 목적지 하드웨어 주소 & 목적지 프로토콜 주소
  • 수신자 링크 계층과 네트워크 계층 주소 정의

통신 예제

• 앨리스가 데이터그램을 인터넷에서 세 노드 건너의 밥에게 전달하려고 한다.
• 앨리스는 밥의 네트워크 층 주소를 DNS(Domain Name System)으로 탐색해야 한다.

앨리스 동작

라우터 R1 동작

라우터 R2 동작

밥 동작