맨위로가기

데이터 링크 계층

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

데이터 링크 계층은 물리적 링크를 통해 연결된 호스트 간의 데이터 프레임 전송을 제공하는 통신 계층이다. 이 계층은 네트워크 계층의 요청에 응답하고 물리 계층에 서비스를 요청하며, 신뢰성 또는 비신뢰성 있는 데이터 전송을 수행한다. 데이터 링크 계층은 일반적으로 매체 접근 제어(MAC) 및 논리적 링크 제어(LLC) 하위 계층으로 나뉘며, 오류 제어, 흐름 제어, 프레임 동기화, 주소 지정, 스위칭, 서비스 품질 관리 등의 기능을 제공한다. 오류 감지 및 수정을 위해 오류 감지 코드를 사용하며, 패리티 비트와 순환 중복 검사(CRC)와 같은 기술을 활용한다. 이더넷, HDLC, PPP, Wi-Fi 등 다양한 프로토콜이 있으며, 브리지, L2 스위치 등의 하드웨어 장비가 사용된다. TCP/IP 모델에서는 링크 계층에 해당하며, 네트워크 드라이버로 구현될 수 있다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 데이터 링크 - 비에이정
    아사히카와시와 후라노시 사이 홋카이도 구릉 지대에 있는 비에이정은 아름다운 구릉과 농경지 풍경으로 유명하며 농업과 관광업이 주요 산업이다.
  • OSI 모형 - 물리 계층
    물리 계층은 네트워크의 물리적 연결을 통해 비트 스트림을 전송하는 계층으로, 데이터 링크 계층의 요청을 전기 신호로 변환하여 전송 매체를 통해 데이터를 송수신하며, 전송 매체 이용, 데이터 송수신, 장비 간 연결 호환성 보장, 매체 공유, 통신 신뢰성 및 전송 효율 향상 등의 기능을 수행한다.
  • OSI 모형 - 응용 계층
    응용 계층은 OSI 모델과 인터넷 프로토콜 스위트의 최상위 계층으로서, 사용자에게 네트워크 서비스를 제공하는 인터페이스 역할을 하며, 텔넷, FTP, SMTP, DNS 등 다양한 프로토콜을 통해 여러 서비스를 제공한다.
  • 링크 프로토콜 - 프레임 릴레이
    프레임 릴레이는 LAN 간 또는 WAN 종단점 간 데이터 전송을 위한 고속 패킷 교환 방식 통신 프로토콜로, X.25 프로토콜을 간소화하여 속도를 높이고, 영구 가상 회선을 통해 안정적인 연결을 제공하며, 서비스 품질 설정을 통해 프레임 우선순위를 지정할 수 있었으나, 현재는 다른 기술에 밀려 사용이 감소하고 있다.
  • 링크 프로토콜 - 매체 접근 제어
    매체 접근 제어(MAC)는 데이터 링크 계층의 하위 계층으로, 물리적 전송 매체에 대한 접근을 제어하며, 프레임 경계 설정, 주소 지정, 오류 방지, 데이터 전송 등의 기능을 수행하고, 네트워크 인터페이스에 할당된 MAC 주소를 사용하여 프레임을 전달한다.
데이터 링크 계층

2. 기능

데이터 링크 계층은 물리적 링크에 연결된 호스트 간의 데이터 프레임 전송을 제공한다. OSI 네트워크 아키텍처 내에서 데이터 링크 계층의 프로토콜은 네트워크 계층의 서비스 요청에 응답하고 물리 계층에 서비스 요청을 발행하여 기능을 수행한다.[5][6] 이러한 전송은 신뢰성을 가질 수도, 가지지 않을 수도 있다. 많은 데이터 링크 프로토콜은 프레임 수신 및 승인에 대한 응답을 가지지 않으며, 일부 데이터 링크 프로토콜은 전송 오류에 대한 검사를 수행하지 않을 수도 있다. 이러한 경우 상위 레벨 프로토콜이 흐름 제어, 오류 검사, 응답 및 재전송을 제공해야 한다.

프레임 헤더에는 프레임을 생성한 장치와 이를 수신하고 처리할 장치를 나타내는 소스 및 대상 주소(MAC 주소)가 포함되어 있다. 네트워크 계층의 계층적이고 라우팅 가능한 주소와 달리, 계층 2 주소는 평평하며, 주소의 어떤 부분도 해당 주소가 속한 논리적 또는 물리적 그룹을 식별하는 데 사용할 수 없음을 의미한다.

데이터 링크 계층은 광역 네트워크[7]에서는 인접한 네트워크 노드[8] 간의 데이터 전송을 수행하고, LAN[9]에서는 동일한 네트워크 세그먼트[10] 내의 노드 간에 데이터 전송을 수행한다. 네트워크 개체[11] 간에 데이터를 전송하기 위한 기능과 절차를 제공하며, 물리 계층에서 발생하는 오류(에러)의 감지 방법과 해당 오류를 수정할 수 있는 방법을 제공한다.

데이터 링크 프로토콜의 예로는 LAN의 이더넷과, 점대점 연결[12]의 PPP[13] 및 HDLC[14] 및 ADCCP[15] 등이 있다.

데이터 링크는 한 위치에서 다른 위치로 정보를 이동하는 것이다. 데이터 링크 계층에서는 정보가 반드시 모든 위치로 이동할 필요는 없으며, 단지 어딘가 다른 위치로 이동할 수 있으면 된다. 이는 인간 사회에서의 상호 관계에 비유하면, 밥에서 프레드나 제임스 앞으로의 메시지(전언)는 반드시 밥이 프레드나 제임스에게 직접 전달할 수 없더라도 프레드나 제임스와 연락할 수 있는 다른 사람이 밥과 연락할 수 있다면 전달이 가능하다는 것에 비유할 수 있다.[16]

2. 1. 논리적 링크 제어 (LLC) 부계층

논리 링크 제어(LLC) 부계층은 데이터 링크 계층 상단에서 실행되는 프로토콜을 다중화하며, 선택적으로 흐름 제어, 응답 및 오류 알림을 제공한다.[21] LLC는 데이터 링크의 주소 지정 및 제어를 제공하며, 전송 매체를 통해 스테이션의 주소를 지정하고 발신자와 수신자 간에 교환되는 데이터를 제어하는 데 사용되는 메커니즘을 지정한다.[21]

IEEE 802[19] 근거리 통신망 등 네트워크에서 데이터 링크 계층은 MAC[20]과 LLC[21] 부계층으로 분할된다. IEEE 802.2 LLC 프로토콜은 이더넷, 토큰 링, IEEE 802.11과 같은 IEEE 802의 모든 MAC 계층과 함께 사용할 수 있다. 또한, FDDI[22]와 같이 802의 MAC 계층을 준수하지 않는 것과도 함께 사용할 수 있다. HDLC와 같은 다른 데이터 링크 프로토콜에서는 이들 부계층을 모두 포함하여 규정되어 있지만, Cisco HDLC와 같은 프로토콜에서는 HDLC 하위의 프레임 구조를 다른 LLC 계층과 조합하여 사용하는 MAC 계층으로 사용하고 있다.

2. 2. 매체 접근 제어 (MAC) 부계층

IEEE 802 근거리 통신망과 같은 일부 네트워크에서 데이터 링크 계층은 매체 접근 제어(MAC)와 논리적 링크 제어(LLC) 하위 계층으로 더 자세히 설명된다.[3] MAC (매체 접근 제어)는 특정 시점에 매체에 접근할 수 있는 주체를 결정하는 하위 계층(예: CSMA/CD)을 지칭한다.[23] 다른 경우에는 내부 MAC 주소를 기반으로 전달되는 프레임 구조를 의미하기도 한다.[24]

일반적으로 매체 접근 제어에는 분산 방식과 중앙 집중 방식의 두 가지 형태가 있다.[3] 이 두 가지 방식은 모두 사람들 간의 의사소통에 비유할 수 있다. 즉, 대화와 같이 사람들이 말하는 네트워크에서는 각자가 무작위 시간 동안 멈춘 후 다시 말을 시도하여, 사실상 길고 정교한 "아니, 먼저 하세요" 게임을 한다.[25]

매체 접근 제어 하위 계층은 또한 전송 비트스트림에서 각 데이터 프레임의 시작과 끝을 결정하는 프레임 동기화를 수행한다. 여기에는 다음 중 하나 이상의 방법이 포함된다.

  • 시간 기반 방식은 프레임 사이에 지정된 시간 간격을 예상한다.
  • 문자 계산은 프레임 헤더에서 남은 문자 수를 추적한다. 그러나 이 방법은 이 필드가 손상되면 쉽게 방해받는다.
  • 바이트 삽입은 프레임 앞에 DLE STX와 같은 특수 바이트 시퀀스를 붙이고, DLE ETX로 프레임을 끝맺는다. DLE (바이트 값 0x10)가 나타나면 다른 DLE로 이스케이프 시퀀스 처리해야 한다. 시작 및 중지 표시는 수신 측에서 감지되어 삽입된 DLE 문자와 함께 제거된다.
  • 비트 삽입은 이러한 시작 및 종료 표시를 특수 비트 패턴 (예: 0, 1비트 6개, 0)으로 구성된 플래그로 대체한다. 전송할 데이터에 이 비트 패턴이 나타나면 비트를 삽입하여 이를 방지한다. 플래그가 01111110인 경우, 데이터 스트림에서 연속된 1이 5개 나타난 후 0을 삽입한다. 플래그와 삽입된 0은 수신 측에서 제거된다. 이렇게 하면 임의로 긴 프레임을 만들 수 있고 수신자가 쉽게 동기화할 수 있다. 삽입된 비트는 다음 데이터 비트가 0인 경우에도 추가되는데, 이는 동기화 시퀀스로 오해될 수 없으므로 수신자는 삽입된 비트와 일반 비트를 명확하게 구별할 수 있다.

3. 서비스


  • 네트워크 계층 데이터 패킷을 프레임으로 캡슐화[4]
  • 프레임 동기화
  • 논리 링크 제어(LLC) 하위 계층:
  • 오류 제어 (자동 반복 요청, ARQ): 일부 전송 계층 프로토콜에서 제공하는 ARQ 외에 물리 계층에서 제공되는 전방 오류 정정(FEC) 기술 및 네트워크 계층을 포함한 모든 계층에서 제공되는 오류 감지 및 패킷 취소 기능을 제공한다. 데이터 링크 계층 오류 제어(오류가 있는 패킷 재전송)는 무선 네트워크 및 V.42 전화 네트워크 모뎀에서 제공되지만, 이더넷과 같은 LAN 프로토콜에서는 비트 오류가 짧은 전선에서 매우 드물기 때문에 제공되지 않는다. 이 경우 오류 감지와 오류가 있는 패킷 취소만 제공된다.[5]
  • 흐름 제어: 전송 계층에서 제공되는 것 외에 제공된다. 데이터 링크 계층 흐름 제어는 이더넷과 같은 LAN 프로토콜에서는 사용되지 않지만, 모뎀 및 무선 네트워크에서는 사용된다.[6]
  • 매체 접근 제어(MAC) 하위 계층:
  • 채널 접근 제어를 위한 다중 접근 방식: CSMA/CD (충돌 감지) 프로토콜은 이더넷 버스 네트워크 및 허브 네트워크에서 충돌 감지 및 재전송을 수행하고, CSMA/CA (충돌 회피) 프로토콜은 무선 네트워크에서 충돌 회피를 수행한다.
  • 물리 주소 지정 (MAC 주소 지정)
  • LAN 스위칭 (패킷 스위칭): MAC 필터링, 스패닝 트리 프로토콜(STP), 최단 경로 브릿징(SPB) 및 TRILL(TRansparent Interconnection of Lots of Links) 포함
  • 데이터 패킷 큐잉 또는 스케줄링
  • 스토어 앤 포워드 스위칭 또는 컷스루 스위칭
  • 서비스 품질(QoS) 제어
  • 가상 LAN(VLAN)[7]

4. 오류 검출 및 수정

데이터 링크 계층은 전송 오류를 감지하고 복구할 수 있다. 수신 측에서 전송 오류를 감지하기 위해 송신 측은 전송된 프레임에 오류 감지 코드로 중복 정보를 추가한다. 수신 측은 프레임을 얻으면 수신된 오류 감지 코드가 재계산된 오류 감지 코드와 일치하는지 확인한다.

가장 간단한 오류 감지 코드는 패리티 비트이며, 수신 측은 전송된 비트 중 단일 비트에 영향을 미친 전송 오류를 감지할 수 있다. 여러 비트가 뒤집히면 검사 방법이 수신 측에서 이를 감지하지 못할 수 있다. 패리티 오류 감지보다 품질과 기능을 향상시키는 더 발전된 방법이 존재한다.

메타데이터를 사용하여 작동하는 간단한 예는 각 문자를 알파벳에서의 위치로 인코딩하여 "HELLO"라는 단어를 전송하는 것이다.

HELLO
85121215



따라서 문자 ''A''는 1, ''B''는 2로 코딩되며 오른쪽 표와 같다. 결과 숫자를 더하면 8 + 5 + 12 + 12 + 15 = 52가 되고 5 + 2 = 7은 메타데이터를 계산한다. 마지막으로 "8 5 12 12 15 7" 숫자 시퀀스가 전송되며, 전송 오류가 없으면 수신 측에서 이를 보게 된다. 수신측은 마지막으로 수신된 숫자가 오류 감지 메타데이터이고 그 앞의 모든 데이터가 메시지임을 알고 있으므로 위의 수학을 다시 계산할 수 있으며 메타데이터가 일치하면 데이터가 오류 없이 수신된 것으로 결론 내릴 수 있다. 그러나 수신측이 "7 5 12 12 15 7" 시퀀스(첫 번째 요소가 일부 오류로 변경됨)와 같은 것을 보면 7 + 5 + 12 + 12 + 15 = 51 및 5 + 1 = 6을 계산하여 검사를 실행하고 6이 7과 같지 않으므로 결함이 있는 수신 데이터를 폐기할 수 있다.

보다 정교한 오류 감지 및 수정 알고리즘은 데이터의 여러 전송 오류가 서로 상쇄되어 감지되지 않을 위험을 줄이도록 설계되었다. 올바른 바이트가 수신되었지만 순서가 잘못된 경우에도 감지할 수 있는 알고리즘은 순환 중복 검사 (CRC)이다. 이 알고리즘은 종종 데이터 링크 계층에서 사용된다.

5. 프로토콜 예시

6. 하드웨어 장비 (네트워크 노드) 예시

NDIS 브리지 L2 스위치는 스위치 테이블(MAC 주소 테이블)을 확인하여 프레임을 전송할 경로를 결정한다. 레이어 2 통신에서 스위치는 전송받은 프레임을 어디로 보내야 하는지 알아야 한다. 이를 위해 스위치 테이블 또는 맥 주소 테이블을 확인한다.[1]


  • 테이블에 전송해야 하는 도착지가 있는 경우: 그 경로로 프레임을 보낸다.[1]
  • 테이블에 전송해야 하는 도착지가 없는 경우: 모든 포트에 그 프레임을 전송한다(flooding).[1]
  • 도착지에 도착 후, 도착지의 장치가 자신의 맥 주소를 테이블로 전송한다.[1]
  • 해당 장치의 맥 주소를 테이블에 저장한다.[1]
  • 이후 해당 프레임이 위 장치가 목적지인 경우: 테이블을 참고하여 프레임을 전송한다.[1]

7. TCP/IP 모델과의 관계

인터넷 프로토콜 모음(TCP/IP)에서 OSI의 데이터 링크 계층 기능은 최하위 계층인 링크 계층에 포함되어 있다. TCP/IP 링크 계층은 호스트가 연결된 링크의 작동 범위를 가지며, 링크에서 호스트를 찾고 링크로 데이터 프레임을 전송하기 위해 하드웨어(MAC) 주소를 얻는 데까지 하드웨어 문제에만 관여한다.[4] 7계층의 OSI 참조 모델 하위 2계층에 해당하며, 4계층의 TCP/IP 참조 모델에 대응시키는 경우에는 최하위의 링크 계층에 할당되는 경우가 많다.

이 프로토콜은 상위의 네트워크 계층으로부터의 서비스 요구에 응하고[5], 하위의 물리 계층에 서비스를 요구한다.[6]

참조

[1] 웹사이트 What is layer 2, and Why Should You Care? http://www.accel-net[...] accel-networks.com 2009-09-29
[2] 서적 Voice & data communications handbook https://books.google[...] McGraw-Hill Professional
[3] 서적 Energy and spectrum efficient wireless network design Cambridge University Press
[4] 문서 (読み：ティーシーピーアイピー)
[5] 문서 直ぐ上層のネットワーク層にサービスを提供する
[6] 문서 直下の物理層のサービスを利用する
[7] 문서 Wide Area Network=WAN（読み：ワン）：広域網
[8] 문서 ネットワークの分岐／接続点や終端点
[9] 문서 Local Area Network=LAN（読み：ラン）：構内網
[10] 문서 ローカルエリアネットワーク内の小区分
[11] 문서 通信の実行主体（装置やシステムの中で実際に通信データを送り出したり受け取ったりする単位）
[12] 문서 1対1の2点間の通信接続
[13] 문서 Point-to-Point Protoco＝ポイントトゥーポイントプロトコル
[14] 문서 High-Level Data Link Control=ハイレベルデータリンクコントロール：ビット列をまとめたフレーム同期のデータリンク制御
[15] 문서 Advanced Data Communications Control Protocol=拡張データ通信制御プロトコル（HDLCの上位互換）
[16] 문서 この別の人をイチローとして全体を例えてみる。* ボブ、フレッド、ジェームス、イチローはそれぞれがノードである** ボブ、フレッド、ジェームスは終端点である** イチローは分岐／接続点である* ボブ、フレッド、ジェームス、イチローはそれぞれがエンティティである* メッセージの移動がデータリンクである** ボブとイチロー間のデータリンクにより、イチローはボブからフレッドまたはジェームス宛のメッセージをそのデータリンクから受け取る（ボブはフレッドまたはジェームス宛のメッセージをそのデータリンクに渡す）** イチローとフレッドまたはジェームス間のデータリンクにより、フレッドまたはジェームスはボブからのメッセージをそのデータリンクから受け取る（イチローはボブからフレッドまたはジェームス宛のメッセージをそのデータリンクに渡す）* これらのデータリンクは上位層に対するサービスとして提供され、上位層はそれを利用して、ボブとフレッドとジェームスのネットワークを構築する事ができる。* 別の視点では、私達のコンピューターは、[[インターネットサービスプロバイダ|プロバイダ]]のコンピューターと通信する事ができれば（データリンクがあれば）、インターネット上の無数のコンピューターから提供される[[ウェブサイト]]をブラウズ（[[閲覧]]）する事ができるようになる。あるいは、そのプロバイダ以外から提供される無数の[[アカウント]]とも[[電子メール|メール]]を交換する事ができる。
[17] 문서 アクノリッジメント=acknowledgment、ack（読み：アック）
[18] 문서 容量や処理能力を越えないように通信されるデータ量の制御
[19] 문서 （読み：「アイトリプルイーはちまるに」が主）、[[IEEE]]=Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.：（米国）電気電子（技術者）学会
[20] 문서 （読み：「マック」が主）Media Access Control=メディアアクセス制御=メディアアクセスコントロール=媒体アクセス制御
[21] 문서 Logical Link Control=ロジカルリンクコントロール=論理リンク制御
[22] 문서 Fiber Distributed Data Interface：光ファイバを使った分散データインターフェイス
[23] 문서 （読み：「シスマシーディー」が多い）Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection：同時にアクセス（メディアに送出）した事は衝突として検出し、キャリア検知（正常な搬送波の受信）によって判断されるアクセス権（キャリアが検知されなければアクセス権を仮定する）の、複数アクセス権（制御）
[24] 문서 データのビット列を定義に従ってまとめた情報の単位
[25] 문서 この後、そのどちらかが話をする事になり、それが終わると他者が話をする事になる。この場合は、分散型の例。会議のような会話の席で、議長役が話者を指名して進めるようであれば、集中型の例になる。


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com