📌 Link Layer

• Link Layer는 next hop까지 어떻게 가는지에 대해 이야기 하는 단원이다.
  -> Frame 충돌에 대해 이야기 할 것이다.

• Link Layer는 네트워크 인터페이스 카드에 구현되어있다.

• 만들어진 패킷이 Ethernet, WiFi card or chip에서 Frame에 담겨 나가게 된다.
  -> 여기에 link layer가 구현되어 있기 때문이다.

• MAC : medium access control
  -> medium에 접근 할 때 충돌이 나지 않게 control이 필요하다
  -> Link layer에 나오는 용어

1. 데이터를 보내는 노드가 하나 뿐이라면 그 노드 혼자 rate R을 모두 사용할 수 있어야 한다.
2. M개의 노드가 원한다면 R/M rate로 나눌 수 있어야 한다.
3. 분산적으로 작동 할 수 있어야 한다.
   -> 중간에 센트럴파크가 있어서 조종하는 것이 아니라 알아서 작동할 수 있어야 한다.
4. 간단해야한다.

• time slot을 나눠서 각 node에게 보낼 수 있는 시간을 정해준다. (TDMA)
  -> 충돌이 나지 않는다.
  -> 단점 : 보내는 사람이 적으면 낭비가 된다.
  -> 1번에 성립하지 못하는 프로토콜이다.

• 주파수를 나눠서 사용하게 하면 충돌이 나지 않을 것이다.
  -> 단점 : 사용하지 않을 경우에 낭비가 된다.

• 원할때 데이터를 보낼 수 있어서 낭비가 없지만 충돌이 발생 할 수 있다.
  -> 충돌을 어떻게 감지하고 피하는지가 포인트

• Random Access의 가장 대표적인 방식
  -> CSMA
  

• 말하기 전에 sense하고 아무도 말하고 있지 않으면 말하자.
  -> 그래도 충돌이 날 수 있다.
  -> why : 들리기 전에 말할 수 있기 때문이다.
  -> 빛의 속도도 속도이기 때문에 propagation delay를 0으로 만들 순 없다.
  -> 충돌이 낫을 때 피해를 최소화 해야한다.

• CD : collision detection
  -> 충돌감지를 하는 순간 중지해야한다.
  -> 새롭게 전송 할 준비를 해야한다.

2-1 : 조용하면 데이터를 보낸다.
2-2 : 누가 말하고 있다면 조용해질 때까지 기다렸다가 데이터를 보낸다.
3. 다 보낼때까지 collision을 Detect하지 않았다면 데이터는 잘 보내진 것이다.
4. 충돌을 감지하면 보내는 것을 멈추고 jam signal을 보낸다
-> jam signal : 충돌 났으니 모두 다시 시작하자.
5. 재전송 할건데 랜덤시간으로 보내자
-> 0~2 msec에 랜덤으로 보낸다.
-> 이때 CSMA를 해서 안들리면 재전송한다.
-> 재전송을 했는데 또 충돌이 나게되면 0~4에서 랜던시간을 선택한다.
-> 또 충돌이 난다면 0~8
-> 2의 지수승으로 증가한다.
-> 왜 이렇게 할까?
-> 몇 명이 있는지 모르니까 점점 증가시키는 것이다.

• chennel Partitioning은 충돌이 나지 않지만 낭비가 있다.
  -> 보내는 사람이 적을수록 낭비
• RandomAccess 방식은 아무때나 보낼 수 있지만 충돌이 발생 할 수 있다.
  -> 사람이 많아지면 문제가 커질 수 있다.

• 마스터 노드가 있기 때문에 충돌을 피할 수 있고 아무때나 보낼 수 있다.
  -> 그러나 센트럴 노드가 존재해야한다.
  -> 중간에 노드를 놓는 것 자체가 오버헤드가 된다.

• 토큰을 가지고 있는 호스트만 말을 할 수 있고 할 말이 없다면 토큰을 넘기자.
  -> 단점 : 누군가 토큰을 잃어버리면 말을 할 수가 없다.

• type : 상위 layer에 누가 있는지 판단하기 위해 존재한다.

• Ethernet에서는 피드백이 없다.
  -> 외부에서 보호받고 있기 때문에 collision이 없다면 100%도착하기 때문이다.
  -> collision Detect 100%하면 됨.

• 유선 상황에서는 collision Detection이 쉽다.
  -> 다른 호스트가 데이터를 보내면 전자기파가 내 전자기파와 합쳐져서 내가 느낄 수 있기 때문이다.

• 100% detect를 하지 못하는 경우가 있을까?
  -> B에 전자기파가 도착하기 직전에 CSMA를 하면 보낼 수 있다고 판다해서 데이터를 보내게 된다.
  -> B는 이후에 A의 전자기파가 도착하여 보내던 데이터를 멈춘다.
  -> 조금 보냈던 전자기파는 계속 나갈 것이다.
  -> A가 데이터 모두 보낸 후 B의 데이터가 도착하게 되면 A는 충돌 됐다고 판단하지 못할 것이다.
  -> A 입장에선 내껀 잘 도착했겠네라고 판단한다. (실제론 충돌이 발생했다)
  -> 어떻게 하면 A가 detect할 수 있을까?
  -> Minimum frame size : 64byte를 채워야 한다.
  -> collision을 100%하기 위해서 사용한다.
  -> 유요한 Frame의 크기가 64byte보다 작다면 쓰래기 값을 채워서 64byte를 만들자.

• MAC Add는 유니크하다.
  -> 기계 안에 있는 네트워크 인터페이스에 찍혀 나온다.

• Port번호를 보고 어떤 소켓으로 가는지

• IP주소는 어떤 서브넷 인터페이스에 있는지

• 위치와 관계없이 네트워크 인터페이스 그 자체를 의미한다.

• 구글에 IP패킷을 보낸다고 가정하자.

1. 구글의 IP 패킷을 어떻게 알아내지?
   -> DNS local name server에 요청
2. 만들어진 패킷이 Frame data영역에 들어간다.
   -> header의 src는 나의 MAC주소일 것이다.
   -> dst는 무엇을 써주어야 할까?
   -> 기계 입장에서는 dst에 누구를 써주어야 할 지 모르다.
   -> forwording table을 참고하여 next hop을 알아낸다.
   -> 지금 상황에서는 모든 목적지에 대해 next hop이 gateway router가 될 것이다.
   -> 그럼 태초의 Gateway의 IP주소는 어떻게 알까?
   -> DHCP를 통해 알 수 있다.
   -> 이젠 next hop의 IP주소를 알고 있는 상황이다.
   -> next hop의 MACadd를 알아야 Frame dst에 적을 수 있다.
   -> 어디로 보낼지 아는 상황에서 dst를 알 수 있는 방법은?
   -> ARP table을 참고한다.
   -> IP와 MACadd가 맵핑되어있는 테이블이다.

• 처음에 ARP table이 채워지지 않을 것이다.
  -> netx hop의 IP주소가 ARP table에 존재하는지 확인한다.
  -> 존재하지 않다면 해당 네트워크 broadCast를 한다. (ARP Quary)
  -> 받은 녀석들중 내가 해당 IP를 가지고 있다면 MAC주소를 적어서 response해주자.
  -> MAC dest에 적어주고 CSMA/CD를 하고 Frame을 보낸다.

• 출발지부터 도착지까지 IP패킷은 변하지 않고 Frame의 정보만 바뀌게 된다.

• ARP table TTL은 1일이다.

• A는 B의 IP주소를 DNS를 통해 알 수 있을 것이다.
• A는 R의 IP주소를 DHCP를 통해 알고 있을 것이다.
• A는 R의 MAX주소를 ARP를 통해 알고 있을 것이다.

• MACadd를 알아내기 위해서 먼저 forwording table을 통해 next hop을 알아냈고 next hop의 IP주소를 ARP table에 대조해 MAC dest 주소를 알아낸다.

• 라우터는 IP패킷을확인해서 도착지가 본인이 아님을 확인하고 다시 forwording table과 ARP table을 확인해서 Frame을 만들고 전송한다. (ARP table이 비어있었다면 broadcast를 통해 next hop의 MAC을 알아냈을 것이다.)
  -> IP패킷은 변하는 것이 없다.

• ARP Quary를 할때 데이터 영역에 기존 IP패킷이 담기는 것이 아니라 ARP 메세지가 데이터 영역에 담긴다. (호스트에 대한 IP주소 등이 담긴다. 너가 그 IP라면 MAC을 적어서 보내주는 header가 존재한다.)

• next hop에 대한 정보만 알면 되기 때문에 같은 subnet에서의 broadCast를 하면된다.

• switch가 있으면 같은 subnet이지만 broadcastDomain은 나뉘게된다.
• 호스트는 switch의 존재조차 알지 못한다. (없는 것처럼 생각한다.)

• switch가 존재하면 같이 데이터를 보낼 수 있다.

• 각 호스트들은 CSMA/CD를 계속하고 있으며 broadcastDomain이 나뉘어졌기 때문에 보내도 되는 상황으로 판단한다.

• switch는 어디로 보낼지 어떻게 알까?
  -> switch table을 참조해서 보낸다.
  

• 비어있을 땐 어떻게 채울까?
  
• A의 링크번호를 table에 적는다.
• A'은 어디로 가야할지 모른다.
  -> flooding해서 모든 호스트에 보낸다.
  -> A'은 A로 가기위해 switch를 통과하게 되고 switch에 self learning하게 된다.
  

• table에 없다면 flooding
• switch에 도착하면 무조건 self-learning

• switch에 빼고 끼는 순간 OS에서 감지해서 table에 frame을 보내게 되고 self-learning한다.

• SKT에서 IP주소를 하나 배정해준다.
  -> MODEM과 공유기를 연결시킨다.
  -> 하나의 공유기지만 NAT에 의해 각 호스트들은 local IP주소를 받게 된다.
  -> 더하여 공유기에는 DHCP서버의 역할을 하는 동시에 GateWay의 역할을 한다.
  -> 3.4.5.6 또한 NAT안의 NAT일 것이다.

• broadCastDomain을 어떤 로직에 의해서 나눌 수 있다.
  -> 빨간색에서 broadcast하면 파란색은 flooding안됨!

• HTTP는 TCP로 보내기 때문에 connection이 필요하다.(TCP SYN이 필요함)