1. MAC 계층과 LLC 계층의 구분
1-1. MAC 계층 (매체 접근 제어)
MAC 계층은 말 그대로 전송 매체에 언제 접근할 수 있는지를 제어하는 기능을 담당합니다.
LAN 환경에서 여러 호스트가 동일한 네트워크 자원을 공유하고 있기 때문에, 동시에 전송이 발생할 경우 충돌(Collision) 이 생길 수 있습니다. 이 충돌을 제어하고 효율적으로 데이터를 전송하도록 하는 것이 MAC 계층의 역할입니다.
- 이더넷 환경: 공유 버스를 사용하는 구조로, 동시에 전송이 발생하면 충돌이 발생하며, 이를 CSMA/CD 방식으로 감지하고 처리합니다.
토큰 링 환경: 링 형태의 구조로, 데이터 전송 권한을 가진 토큰(Token) 을 소유한 호스트만 전송할 수 있어 충돌을 방지합니다.
1-2. LLC 계층 (논리 링크 제어)
LLC 계층은 물리적 매체와는 무관하게, 상위 계층(네트워크 계층)과의 연결을 관리하는 역할을 수행합니다.
이 계층은 주로 WAN 환경에서의 데이터 링크 계층 기능을 담당하며, 다양한 MAC 프로토콜 위에서 일관된 인터페이스를 제공합니다.
2. IEEE 802 시리즈와 MAC 프로토콜
IEEE 802 시리즈는 LAN 및 MAN을 위한 네트워크 표준을 정의하는 시리즈입니다. 각 시리즈는 특정 MAC 방식에 해당합니다.
| IEEE 표준 | MAC 방식 | 설명 |
| 802.3 | CSMA/CD | 이더넷 기반 충돌 감지 방식 |
| 802.4 | 토큰 버스 | 논리적 링 구조를 갖는 버스 네트워크 |
| 802.5 | 토큰 링 | 물리적 링 구조, 충돌 없는 데이터 전송 |
또한, IEEE 802.2는 LLC 계층을 정의하며, 이 모든 MAC 방식의 상위 계층에서 공통적으로 작동하는 프로토콜을 제공합니다.
3. CSMA/CD와 이더넷의 동작 원리
3-1. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)
이더넷은 대표적인 공유 매체 기반 네트워크입니다. 여러 호스트가 동시에 데이터 전송을 시도하면 충돌이 발생할 수 있으며, 이를 제어하기 위해 CSMA/CD 방식을 사용합니다.
- Carrier Sense: 전송 전에 매체에 신호가 있는지 감지
- Multiple Access: 여러 호스트가 동일한 매체를 공유
- Collision Detection: 충돌이 감지되면 전송을 중지하고 일정 시간 대기 후 재전송
이 방식은 단순하지만, 네트워크에 연결된 장비가 많아지거나 전송 거리가 길어질수록 충돌 가능성이 커지는 단점이 있습니다.
3-2. 다양한 CSMA 방식
| 방식 | 특징 |
| 1-persistent | 채널이 유휴 상태일 때 바로 전송 |
| Non-persistent | 채널이 유휴가 아니면 일정 시간 기다렸다가 다시 감지 |
| p-persistent | 유휴 상태일 때 확률 p로 전송, 슬롯 기반 환경에 적합 |
4. 토큰 기반 MAC 방식
4-1. 토큰 버스 (Token Bus)
- 물리적으로는 버스 구조이나, 논리적으로는 링 구조를 가짐
- 네트워크 상의 호스트는 토큰이라는 제어 프레임을 주고받으며 전송 권한을 획득
- 토큰이 없는 상태에서는 전송 불가, 충돌이 원천적으로 방지됨
4-2. 토큰 링 (Token Ring)
- 물리적 링 구조
- 호스트는 대기 모드와 전송 모드 사이를 오가며 동작
- 대기 모드: 수신한 프레임을 바로 다음 호스트로 전달
- 전송 모드: 토큰을 획득하면 데이터 전송 가능
- 데이터는 링을 한 바퀴 돌아 송신 호스트에게 되돌아오며, 정상 수신 여부 확인 후 프레임을 회수하고 토큰을 다시 릴리즈함
5. 이더넷 기술과 프레임 구조
5-1. 이더넷 연결 방식
- 트랜시버: 호스트를 전송 매체에 물리적으로 연결하는 장치로, 충돌 감지 기능 포함
- 리피터: 신호를 증폭하여 더 먼 거리로 전달 가능
- 허브: 단순히 신호를 모든 포트로 브로드캐스트하는 장치 (공유 매체)
- 스위치 허브: 목적지 MAC 주소에 따라 특정 포트로만 프레임을 전송, 충돌 최소화 및 대역폭 향상
5-2. MAC 프레임 구조 (Ethernet Frame)
| 필드 | 설명 |
| Preamble | 송수신 클록 동기화 (7바이트) |
| Start Delimiter | 프레임 시작 알림 (1바이트) |
| Destination Address | 수신 MAC 주소 (6바이트) |
| Source Address | 송신 MAC 주소 (6바이트) |
| Length/Type | 데이터 길이 또는 상위 프로토콜 구분 |
| Data + Padding | 실제 전송 데이터 (46~1500바이트) |
| Checksum (FCS) | 오류 검출용 CRC 값 (4바이트) |
이러한 구조에서 LLC 계층은 주로 Data 필드에 해당하며, MAC 계층은 그 외의 정보들을 추가하여 전송 안정성을 보장합니다.
요약
- 데이터 링크 계층은 MAC 계층과 LLC 계층으로 나뉘며, MAC은 매체 접근 제어, LLC는 논리적 연결 제어를 담당
- IEEE 802 시리즈는 다양한 MAC 프로토콜 표준을 정의
- CSMA/CD, 토큰 버스, 토큰 링은 대표적인 LAN의 MAC 프로토콜
- 이더넷 프레임은 정해진 형식의 헤더와 트레일러를 갖추며, 충돌 제어 및 오류 검출을 위한 기능 포함
- 스위치 허브는 전송 효율성을 높이는 핵심 장비로, 오늘날 대부분의 LAN 환경에서 사용
