데이터링크 계층

같은 네트워크 내에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당
즉, 같은 LAN 내에서 장치 간 데이터를 주고 받는 역할을 함

데이터링크 계층의 역할

• 네트워크 계층에서 받은 데이터를 프레임(frame)단위로 변환하여 물리 계층으로 전송
• 같은 네트워크 (LAN) 내에서 오류 없이 데이터를 전달
• MAC 주소를 기반으로 목적지 장치를 식별하여 데이터 전송
• 충돌을 방지하고 효율적인 데이터를 전달하는 MAC(Media Access Control) 기능 제공

데이터링크 계층의 주요 프로토콜: Ethernet(이더넷), Wi-Fi(무선 LAN)

이더넷 (Ethernet)

유선 네트워크(LAN)에서 데이터를 전송하는 가장 널리 사용되는 기술
즉, 같은 네트워크 내에서 장치 간 데이터를 MAC 주소를 기반으로 전달

특징

• MAC 주소를 사용하여 장치 간 데이터 전송
• 프레임 단위로 데이터를 전송
• CSMA/CD(충돌 감지) 방식 사용
• 스위치를 사용하여 네트워크를 효율적으로 관리

CSMA/CD
네트워크에서 충돌을 방지하는 방식
CS: 데이터를 보내기 전에 네트워크가 사용 중인지 확인 (Carrier Sense)
MA: 여러 장치가 네트워크를 공유하며 데이터를 전송 (Multiple Access)
CD: 충돌이 발생하면 잠시 기다린 후 데이터를 재전송 (Collision Detection)
-> 하지만 현재는 스위치를 사용하여 충돌이 거의 발생하지 않음

스위치 (Switch)

네트워크에서 장치 간 데이터를 효율적으로 전달하는 장비
MAC 주소를 기반으로 프레임을 전달하며, 허브와 다르게 충돌 없이 통신 가능 (허브 대체)
네트워크 트래픽을 최적화하고 충돌을 방지
현대 이더넷 네트워크에서 필수적인 장비로, 대부분의 네트워크에서 사용됨

구분	스위치(Switch)	허브(Hub)
데이터 전달 방식	MAC 주소 확인 후 해당 포트로만 전달	모든 포트로 브로드캐스트
충돌 발생 여부	없음	있음
네트워크 효율성	트래픽을 최적화하여 속도 빠름	불필요한 트래픽 증가로 속도 저하
사용 여부	현재 대부분의 네트워크에서 사용	거의 사용되지 않음

전송 과정

1. MAC 주소 학습
   장치가 네트워크에 연결되면, 스위치는 해당 포트의 MAC 주소를 기억 (MAC 주소 테이블 생성)
2. 프레임 수신 및 전달
   프레임을 받으면 목적지 MAC 주소를 확인
   MAC 주소 테이블에 해당 MAC 주소가 있으면 해당 포트로만 데이터 전달
   만약 MAC 주소를 모르면 브로드캐스트(네트워크 전체 전송) 후 학습

MAC 주소

네트워크 장치(컴퓨터, 스마트폰, 라우터 등)에 부여된 고유한 식별 주소
네트워크에서 데이터를 올바른 장치로 전달하기 위해 사용됨
하드웨어에 내장된 주소이므로 변경 불가능

구조:
48비트(6바이트), 16진수 6쌍(12자리)
24비트는 제조회사 번호, 뒤의 24비트는 장치별 고유 식별자

MAC 주소가 사용되는 상황

• 이더넷 통신 -> 네트워크 내에서 데이터 프레임 전송
• Wi-Fi 연결 -> 무선 네트워크에서 장치 식별
• 네트워크 보안 (MAC 주소 필터링) -> 특정 장치만 네트워크에 접근 허용
• ARP -> IP 주소를 MAC 주소로 변환

ARP (Address Resolution Protocol)

IP 주소를 MAC 주소로 변환하는 프로토콜
같은 네트워크(LAN) 내에서 장치 간 통신을 가능하게 함

필요한 이유

• 네트워크에서 데이터를 전송할 때 IP 주소만으로는 장치를 직접 찾을 수 없음

• 이더넷, Wi-Fi같은 데이터링크 게층에서는 MAC 주소를 기반으로 통신

• 따라서, IP 주소 -> MAC 주소변환 과정 (ARP)가 필요함

동작 과정

• APR 요청
  출발지 장치가 목적지 MAC 주소를 모르므로, 네트워크 전체에 브로드캐스트 전송
• ARP 응답
  목적지 장치가 MAC 주소 응답