2.2 TCP/IP 4계층 모델 (2)

링크계층

• 링크 계층은 전선, 광섬유, 무선 등으로 실질적으로 데이터를 전달하며 장치 간에 신호를 주고받는 '규칙'을 정하는 계층
• 이를 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 나누기도 하는데 물리 계층은 무선 LAN과 유선 LAN을 통해 0과 1로 이루어진 데이터를 보내는 계층을 말하고 데이터 링크 계층은 '이더넷 프레임'을 통해 에러확인, 흐름제어, 접근제어를 담당하는 계층을 말함

유선 LAN

• 유선 LAN을 이루는 이더넷은 IEEE802.3이라는 프로토콜을 따르며 전이중화 통신을 쓴다.

전이중화 통신

• 전이중화 통신은 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 방식을 말함
• 송신로와 수신로로 나눠서 데이터를 주고받으며 현대의 고속 이더넷은 이 방식을 기반으로 통신

CSMA/CD

• 이전에는 유선 LAN에 '반이중화 통신' 중 하나인 CSMA/CD 방식을 사용함
• 데이터를 보낸 이후 충돌이 발생하면 일정 시간 이후 재전송하는 방식
• 수신로와 송신로 경로를 각각 둔 것이 아닌 한 경로를 기반으로 데이터를 보내서 충돌에 대비를 해야했기 때문

유선 LAN을 이루는 케이블

• 유선 LAN을 이루는 케이블로는 TP 케이블이라고 하는 트위스트 페어 케이블과 광섬유 케이블이 대표적이다

트위스트 페어 케이블

• 트위스트 페어 케이블은 하나의 케이블처럼 보이지만 실제로는 여덟개의 구리선을 두 개씩 꼬아서 묶은 케이블을 지칭
• 흔히 LAN 케이블이라고 함
• 커넥터는 RJ-45 커넥터라고 함

광섬유 케이블

• 광섬유로 만든 케이블
• 레이저를 이용해서 통신하기 때문에 장거리 및 고속 통신 가능
• 100Gbps의 데이터 전송하고 유리나 플라스틱 섬유로 제작하여 빛이 내부에서 계쏙 반사하며 반대편까지 간다

무선LAN

• 무선 LAN장치는 수신과 송신에 같은 채널을 사용하여 반이중화 통신을 사용

반이중화 통신

• 반이중화 통신은 양쪽 장치는 서로 통신할 수 있지만, 동시에는 통신할 수 없고 한 번에 한 방향만 통신이 가능

CSMA/CA

• CSMA/CA는 반이중화 통신 중 하나로 데이터를 보내기 전 캐리어 감지 등으로 사전에 가능한 한 충돌을 방지하는 방식을 사용

1. 데이터 송신 전 무선 매체 살핀다.
2. 캐리어감지: 회선이 비어있는지 확인
3. IFS(inter framespace): 랜덤 값을 기반으로 정해진 시간만큼 기다리며, 무선 매체가 사용중이면 점차 그 간격을 늘려가며 기다림
4. 이후에 데이터를 송신

CSMA/CD vs CSMA/CA

• CD는 회선상태가 비어있는 상태면 즉각적으로 데이터 전송
• CA는 충돌을 피하기 위해 데이터 전송 전 미리 자신의 의도를 알린다.

무선 LAN을 이루는 주파수

• 무선 LAN은 무선 신호 전달 방식을 이용하여 2대 이상의 장치를 연결하는 기술
• 2.4GHz 또는 5GHz 대역 중 하나를 쓰는데 2.4GHz는 장애물에 강한 특성을 가지지만 전파 간섭이 일어나는 경우가 많고 5GHz는 채널도 많고 동시에 사용할 수 있어 깨끗한 전파 환경 구축 가능

WIFI

• 무선 LAN신호에 연결할 수 있게 하는 기술로 무선 접속 장치(AP, 공유기)가 있어야한다.
• 유선 LAN에 흐른느 신호를 무선 LAN신호로 바꿔주어 신호가 닿는 범위 내에서 무선 인터넷을 사용
• 지그비 블루투스 등이 있다.

BSS

• BSS는 기본 서비스 집합을 의미하며 단순 공유기를 통해 네트워크에 접속하는 것이 아닌 동일 BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신이 가능한 구조를 말함
• 근거리 무선 통신 제공

ESS

• ESS는 하나 이상의 연결된 BSS 그룹

이더넷 프레임

• 데이터 링크 계층은 이더넷 프레임을 통해 전달받은 데이터의 에러를 검출하고 캡슐화하여 다음과 같은 구조를 가진다.

계층 간 데이터 송수신 과정

• 컴퓨터를 통해 다른 컴퓨터로 데이터를 요청한다면?

• 애플리케이션 계층에서 전송계층으로 보내는 요청값들이 캡슐화 과정을 거쳐 전달되고 다시 링크 계층을 통해 해당 서버와 통신을 하고 해당 서버의 링크 계층으로부터 애플리케이션까지 비캡슐화 과정을 거쳐 데이터가 전송됨

캡슐화 과정

• 상위 계층의 헤더와 하위 계층의 데이터 부분에 포함시키고 해당 계층의 헤더를 삽입하는 과정

• 애플리케이션 계층의 데이터가 전송 계층으로 전달되면서 세그먼트 또는 데이터그램화 되며 TCP(L4) 헤더가 붙여지게 된다.
• 이후 인터넷 계층으로 가면서 IP(L3)헤더가 붙어 패킷화되고 이후 링크계층으로 전달되면서 프레임헤더와 프레임 트레일러가 붙어 프레임화가 된다.

비캡슐화 과정

• 하위에서 상위로 가며 각 계층의 헤더 부분을 제거하는 과정
• 캡슐화된 데이터를 받게 되면 링크 계층에서부터 타고 올라가면서 패킷화를 거쳐 데이터그램화를 거쳐 메시지화가 되는 비캡슐화 과정이 일어난다.
• 최종적으로 사용자에게 PDU인 메세지로 전달

PDU

• 계층에서 계층으로 데이터가 전달될 때 한 덩어리의 단위를 PDU(protocol data unit)이라 한다.
• 제어 관련 정보들이 포함된 ‘헤더’, 데이터를 의미하는 ‘페이로드’로 구성되어 있고 계층마다 부르는 명칭이 다르다.
• 애플리케이션 계층: 메시지
• 전송계층: 세그먼트(TCP), 데이터그램(UDP)
• 인터넷계층: 패킷
• 링크 계층: 프레임, 비트

참고) PDU 중 아래 계층인 비트로 송수신하는 것이 가장 빠르고 효율성이 높지만 애플리케이션 계층에서 문자열 기반으로 송수신을 하는데 이유는 헤더에 authorization 값 등 다른 값을 넣는 확장이 쉽기 때문