컴퓨터 네트워크(2-2), MAC Layer

컴퓨터 네트워크(2-2), MAC Layer

2022. 4. 14. 10:10ㆍ강의 내용 정리/컴퓨터 네트워크

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MAC Layer

줄이 연결되었을 때 스테이션과 통신을 하기 위해서 어떻게 접근하는가를 중점적으로 파악

방식

1. Random Access Protocols

알아서 독립적으로 분산해 스테이션에 접근하는 프로토콜

- 규칙에 맞춰서 송신하고자 하는 스테이션이 있으면 그냥 송신한다. 따라서 충돌이 발생한다는 단점이 있다.

- 초창기 프로토콜이기에 다른 스테이션의 상황 고려 않고 독립적으로 동작한다.

1) ALOHA

이름에서도 알 수 있듯이 하와이에서 1970년대에 만든 초창기 랜덤 엑세스 프로토콜이다.

(1) ALOHA란?

- 하와이는 굉장히 많은 섬으로 이뤄졌기에 섬들간에 무선 통신을 했는데 보내는 데이터가 많지 않아서 그냥 랜덤 엑세스 프로토콜을 활용했다.

- 정해진 일정 시간 동안 응답이 없으면 랜덤 값만큼 대기한 다음에 정해진 숫자만큼 몇 번 더 더 송신을 함

- 간헐적으로 소량의 데이터를 송수신했기에 초창기에는 문제가 발생하지 않았음

- 하지만 일정 시간대에 메세지가 겹치면 메세지를 버려야했음

- 관리가 안되기에 품질을 보장할 수 없음

(2) ALOHA Flow Diagram

- 꼬리에 꼬리를 물어서 통신 불능 상태가 발생할 수 있었음

- 이를 개선하고자 slotted ALOHA가 나옴

(3) Slotted ALOHA

- 메세지가 시작하는 시간과 끝나는 시간을 정해서 충돌을 줄임

- 스테이션끼리 시간을 맞춰야했음

2) CSMA

(1) CSMA(Carrier Sense Multiple Access)란?

- 유선에서 대규모의 데이터 통신을 하고자 함

- 각각의 스테이션에서는 케이블에서 신호가 있는지를 확인하기 위해 Multiple access가 요구됐음

- 제한된 길이의 유선 케이블에서 사용한다.

- 메세지를 케이블에 송신하기 전에 전자 신호가 있는지 확인한 뒤 메세지를 송신한다.

- 충돌을 줄임

(2) 전파 지연

한 스테이션에서 가장 끝에 위치한 스테이션에 보낼 때 걸리는 최대 시간

- 메세지를 쏠 때는 케이블을 확인하지 않아서 시간이 겹치면 그 시간만큼 케이블을 모두 에러가 발생함

- 통신을 위해 전파지연을 고려해야하는데 이를 고려하지 않으면 충돌이 발생할 수 있음

(3) 메세지 송신을 위한 3가지 방법

a. 1-persistent

- 끊임없이 본 뒤 전자 신호가 없으면 바로 송신함

- 지연 효과에선 좋지만 회로 구동 시 전력 소모가 많음

- 바로 쏘니 충돌 가능성도 조금 높음

b. Nonpersistent

- 전자 신호가 존재함녀 랜덤하기 wait한 뒤 나중에 다시 점검해서 송신함

- 지연은 조금 걸림

c. p-persistent

- 위의 두 가지 방법을 결합

d. persistent flow Diagram

3) CSMA/CD - 유선

(1) CSMA/CD란?

- 송신을 했을 때 충돌이 발생할 시 이를 감지하고 송신을 중지함

- t2와 t3만큼의 차이로 중간에 버려지는 시간이 줄어듦

- 이더넷이라는 유선통신 기술의 기반이 됨

- 충돌이 발생할 때 jamming signal을 보내 확실하게 멈추도록 함

(2) CSMA/CD Flow Diagram

4) CSMA/CA - 무선

(1) CSMA/CA란?

- 무선에서는 보내는 것을 듣는 것이 어려움

- 충돌을 발견하기 어렵기에 이를 피하고자 함

- RTS나 CTS, ACK를 전달받을 때는 주변에 모두 알림

- RTS는 메세지를 보내기 전에 요청

- CTS는 메세지를 받기 전에 확인

- ACK는 메세지를 받은 이후에 전달

(2) Contention window

- 1-persistance와 RTS와 CTS를 주고받는 것을 contention window라고 함

- 무선랜을 가용하게 만듦

(3) Hidden Station problem

- 해당 방법은 거리가 멀거나 장애물이 존재하면 hidden station problem이 발생함

(4) CSMA/CA Flow Diagram

2. Controlled Access Protocols

중앙 통제자가 존재해 네트워킹을 통제해주는 방식의 프로토콜

1) Reservation

- 쏘는 시간을 관리해서 뿌려줌

- 쏘고 싶은 것이 존재할 때 바로 하지 못한다는 단점 존재

- 충돌은 없음

- 채널을 모두 채워서 할 수 있음

2) Polling

- Primary: 중앙 통제자로서 노드를 선택하여 데이터를 주고 받음

- 에러와 충돌이 거의 없음

- 보낼 게 없더라도 메세지를 주고 받아야하기에 낭비

- 데이터를 바로 보내지 못함

3) Token passing

- 토큰(권한)을 주고 받음

- 돌아가며 발언권을 가짐

- 쏘고싶은 것을 바로 쏘지 못한다는 단점이 있지만 채널 효율도 좋고 충돌도 없어서 자주 사용함

3. Channelization Protocols

정해진 medium을 어떻게 접근할 것인가에 관한 프로토콜

1) FDMA

- 스테이션마다 주파수를 주어서 나눔

- 아날로그 차원에서도 존재

ex) 전화

2) TDMA

- 스테이션마다 시간을 나눠서 통신을 하도록 함

- 각 스테이션마다 데이터를 보내는데 시간이 걸리기에 이를 활용해 하나의 매체에 여러 개의 스테이션을 시간대별로 분할해 통신하도록 함

- 고속의 채널을 여러명이 번갈아가면서 쏨 -> 사람은 정말 적은 속도에 대한 전파지연은 인식하지 못하기 때문

- 2세대 이동통신의 경우 FDMA와 TDMA를 섞어서 사용함 (각 주파수에 대해 TDMA를 함)

3) CDMA

- 군에서 암호화 기술로 사용함

- 본인의 코드에 본인의 코드를 곱해야지 1이 나오기에 어떤 코드가 본인 스테이션에 온건지 확인할 수 있음

- 무선에서는 각 스테이션에서 송신한 코드는 모두 한번에 보냄

- 민간에서 사용될 때 용량이 개선되면서 3세대 이동 통신에서 주류로 사용함(우리나라가 상용화)

- 여러 데이터를 보낼 때 한번에 보내기에 용량문제가 발생함