5 MAC 계층 학습 목표 LAN 환경에서 MAC 계층과 LLC 계층의 차이와 역할을 이해한다. 이더넷의 동작 원리와 프레임 구조를 이해한다. 토큰 버스에서 토큰의 역할과 프레임 구조를 이해한다. 토큰 링의 프레임 구조와 제어 필드를 이해한다. 5 MAC 계층

1절. IEEE 802 시리즈 MAC 계층과 LLC 계층 LAN 환경에서 계층 2 기능을 MAC과 LLC 계층으로 분리 [그림 5-1] LLC: 7 계층 모델에서 정의된 계층 2 기능을 수행 MAC: LAN의 물리적 특징을 반영하여 전송 효율을 높이기 위함

1절. IEEE 802 시리즈 MAC 계층과 LLC 계층 MAC 계층 LLC 계층 LAN 종류에 따라 특성이 구분됨 이더넷 공유 버스 구조를 지원하며, 충돌 현상 발생 충돌 감지 기능이 필요 토큰 링: 토큰을 사용해서 데이터 전송 시점을 제어하므로 충돌 발생 불가 LLC 계층 WAN 환경의 데이터 링크 계층 기능을 수행 다양한 LAN을 상위계층인 네트워크계층에 동일한 인터페이스를 제공

1절. IEEE 802 시리즈 IEEE 802 시리즈 [그림 5-2] IEEE 802.1: 표준안 전체를 소개 IEEE 802.2: LLC 계층을 소개 IEEE 802.3 ~: 다양한 환경의 MAC 계층을 소개

1절. IEEE 802 시리즈 IEEE 802 시리즈 CSMA/CD(IEEE 802.3) 용어의 의미 MA(Multiple Access): 다수 호스트가 하나의 공유 매체에 연결됨 CS(Carrier Sense): 호스트는 공유 매체의 사용 가능 여부를 신호 감지로 확인 CD(Collision Detection): 공유 매체에서 데이터 충돌 여부를 확인 공유 매체에서의 충돌 문제 해결 충돌 허용 방식: CSMA/CD 충돌 회피 방식: 전송 시간대를 달리하는 타임 슬롯 방식 CSMA/CD 충돌 감지 기능이 필수적으로 요구됨 충돌 감지 후, 재전송 기능으로 오류 복구 공유 매체의 길이가 길수록 전송 지연이 증가하여 충돌 가능성이 높아짐

1절. IEEE 802 시리즈 IEEE 802 시리즈 CSMA/CD 데이터 전송 원리 [그림 5-3] 호스트 5가 호스트 1에게 데이터 전송 전송 프레임에 목적지 주소 1을 기록하여 수신 호스트를 지정함

1절. IEEE 802 시리즈 IEEE 802 시리즈 토큰 버스 [그림 5-4] (IEEE 802.4) 물리적으로 토큰 버스 구조를 지원 논리적으로 토큰을 이용한 링 구조를 지원 데이터를 전송하기 위해서는 반드시 토큰을 확보해야 함

1절. IEEE 802 시리즈 IEEE 802 시리즈 토큰 링(IEEE 802.5) 물리적으로 링 구조를 지원 호스트의 동작 방식: 대기 모드, 전송 모드 대기 모드 입력단으로 들어온 데이터를 바로 출력단으로 보냄 호스트가 다운되거나 기타 장애가 발생해도 네트워크에 영향을 주지 않기 위함 전송 모드 토큰을 확보해 데이터를 전송할 수 있는 권한을 보유한 상태 호스트가 중개 기능을 수행하며, 출력단을 통해 데이터를 전송할 수 있음

1절. IEEE 802 시리즈 IEEE 802 시리즈 토큰 링 [그림 5-5] 평소 하나의 토큰이 링 주위를 순환함 토큰을 확보한 호스트만 데이터를 전송할 권한이 있음 송신자가 전송한 데이터는 링을 한 바퀴 순환한 후, 송신자에 의해 회수됨 목적지 주소가 자신인 호스트만 데이터를 보관

2절. 이더넷 신호 감지/신호전송(CSMA) 1-persistent CDMA Non-persistent CSMA 신호 감지: 전송 매체의 신호를 감지해 프레임의 전송 여부를 결정 프레임을 전송하기 전에 채널(공유 버스) 사용 여부를 확인 1-persistent CDMA 채널이 사용 중이면 유휴 상태가 될 때까지 대기 이후, 채널이 유휴 상태가 되면 확률 1의 조건으로 프레임을 전송 둘 이상의 호스트에서 동시에 유휴 상태로 판단하면 충돌 발생 충돌이 발생하면 임의의 시간 동안 대기한 후 채널 사용 여부부터 다시 시작 Non-persistent CSMA 채널이 사용 중이면 더 이상 유휴 상태를 확인하지 않음 대신 임의의 시간 동간 대기 후 다시 채널 감지를 시작 1-persistent 방식보다 충돌 확률을 줄일 수 있음 P-persistent CSMA 채널이 유휴 상태면 p의 확률로 프레임을 전송

2절. 이더넷 충돌신호 감지(CD) 기능 둘 이상의 호스트에서 채널이 유휴 상태라고 판단할 수 있음 이런 경우 프레임 전송 과정에서 충돌이 발생 따라서 충돌 감지 기능이 필수적으로 요구됨 충돌이 감지되면 진행중인 프레임의 전송을 중지

2절. 이더넷 프레임 프레임 구조 MAC 프레임 = MAC 헤더 + LLC 프레임 + MAC 트레일러 LLC 프레임: LLC 계층이 MAC 계층에게 전송하도록 요청한 데이터 프레임 구조 이더넷 프레임 구조 [그림 5-7] MAC 헤더: Preamble, Start Delimiter, Destination Address, Source Address, Length LLC 프레임: DATA LLC 트레일러: Pad, Checksum

2절. 이더넷 프레임 프레임 구조 [그림 5-7] Preamble: 수신 호스트가 송신 호스트의 클록 동기를 맞추는 용도 Start Delimiter: 프레임의 시작 위치 구분 Source Address: 송신 호스트의 MAC 주소 Destination Address: 수신 호스트의 MAC 주소 Length: Data 필드에 포함된 가변 길이의 전송 데이터 크기 Checksum: 데이터 변형 오류를 감지하는 기능

2절. 이더넷 프레임 LLC 프레임과의 관계 [그림 5-8] 이더넷 프레임의 Data 필드: LLC 계층에서 보내진 LLC 프레임을 보관

2절. 이더넷 허브와 스위치 [그림 5-9] (더미)허브: 박스 형태의 장비에 잭을 연결해서 이더넷 네트워크를 구성 스위치 허브: 허브의 성능을 향상시킨 장비

2절. 이더넷 허브와 스위치 [그림 5-9] (더미)허브 스위치 허브 각 호스트는 외형상 스타형 구조로 허브에 연결된다. 내부적인 동작 원리는 공유 버스 방식을 사용한다.(Broadcasting) 스위치 허브 스위치 기능 모든 호스트에게 프레임을 전송하지 않음 목적지로 지정된 호스트에게만 프레임 전송 따라서 동시에 여러 호스트가 데이터를 전송할 수 있음 장점 스위치 허브의 용량이 허용되면 각각의 호스트는 할당된 LAN 용량을 모두 사용함 일반 허브를 스위치 허브로 교체하는 과정이 간단함 Broadcasting Area를 나눔

3절. 토큰 버스 프레임 프레임 구조 [그림 5-10] MAC 프레임 = MAC 헤더 + LLC 프레임 + MAC 트레일러 MAC 헤더: Preamble, Start Delimiter, Frame Control, Destination Address, Source Address LLC 프레임: DATA LLC 트레일러: Checksum, End Delimiter

3절. 토큰 버스 프레임 프레임 구조 [그림 5-10] Preamble: 수신 호스트가 송신 호스트의 클록 동기를 맞추는 용도 Start Delimiter/End Delimiter: 프레임의 시작/끝 위치 구분 Frame Control: 데이터 프레임과 제어 프레임을 구분 Source Address: 송신 호스트의 MAC 주소 Destination Address: 수신 호스트의 MAC 주소 Checksum: 데이터 변형 오류를 감지하는 기능

3절. 토큰 버스 LLC 프레임 캡슐화 [그림 5-12] 토큰 버스 프레임의 Data 필드: LLC 계층에서 보내진 LLC 프레임을 보관

4절. 토큰 링 프레임 구조 모니터 기능 모니터 호스트: 링에 연결된 호스트 중에서 특별 임무를 부여 받은 관리 호스트 토큰 생성 기능 토큰을 보유한 호스트의 고장 등의 원인에 의한 토큰 분실 모니터 호스트가 이를 감지하여 토큰을 재생성 데이터의 무한 순환 송신 호스트가 전송 데이터를 회수하지 않는 오류 전송 데이터를 회수한 후 토큰을 만들어 줌

4절. 토큰 링 프레임 구조 LLC 프레임 캡슐화 [그림 5-14]