[FSSN] OSI Layer1-2

EunJi·2024년 1월 17일
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FSSN

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기본단어

Message

  • 주고받는 메시지/패킷/정보

Sender

  • 메시지를 보내는 device

Receiver

  • 메시지를 받는 device

Medium

  • 메시지가 전송되는 유무선 줄.

Protocol

  • 메시지가 어떻게 생겼는지, 어떻게 만들어져야하는지, 뭐를 먼저 보내야할지,
    어떤 순서로 받아야할지, 받아서 뭘 해야할지
    등의 Rule.

⇒ Sender가 정해진 Protocol에 따라 Medium을 통해 Message를 전송하면,
Receiver는 정해진 Protocol을 따라 Medium을 통해 받은 Message를 Protocol에 따라서 처리한다.

L2 _ MAC계층

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Random-access protocol

  • 우리가 주로 이야기하는 초고속 인터넷, 광랜, 무선랜이 여기에 속함.
  • 많은 동시접속시, 랜덤으로 일정 구간을 부여하여 그때 통신이 가능하게 함.
  • 초고속 인터넷과 무선랜의 대표적인 기술
    • CSMA/CD (유선)
    • CSMA/CA (무선)

CSMA/CD

  • 이더넷, 광 랜, 초고속 인터넷

    • 대부분 이더넷을 사용하므로 CSMA/CD를 사용함.

  • 기술표준: IEEE802.3

    • IEEE 단체에서 정의한 802 기술에서의 3번 기술

  • OSI 2계층에서 가장 많이 사용하는 기술 중 하나

  • Carrier Senese Multiple Access with Collision Detection

    • 여러명이 동일 줄을 가지고 통신을 할 때 문제가 없도록 하기 위해서, 통신 줄의 전자적 신호를 읽을 거임.
    • 즉, 여러명이 동시에 통신을 보내는 것을 감지하기 위해 전선을 계속 보고 있겠다.

기대 효과

  • 충돌이 발생해서, 아무도 통신하지 못하는 상황을 줄임.

과정

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  • 줄 1개 → 초고속 인터넷 줄 (이더넷 or 광 랜)
  • t1: A가 전송
  • t2: C가 전송
    • 이유: C의 입장에서는 아무도 전선에 없음.
      • A가 t1때 보낸 애가, 아직 C의 위치까지 오지 못함.
  • 충돌: C가 전송했다는 메시지와 A가 전송했다는 메시지가 충돌.
  • A와 C의 메시지가 합쳐져서 뭉개진 신호 발생.
  • t3: C가 충돌을 인지.
    A의 메시지가 C까지 와야만, C가 충돌이 발생했을 것임을 인지.
  • t3: C가 송신을 멈춤.
    • 쏴봐야 에러가 나므로
  • t4: C가 전송한 것이 A에 도착
    • C가 전송을 했음을 인지 → A 송신을 중단.

결론

  • Carrier(줄)을 Sensing(주시)하고 있어, Collision을 Detect함.
  • A와 C의 송신이 만난 이후부터는 Error가 전달이 되고 있는 것임.
  • Error는 없앨 수는 없지만, 빨리 충돌을 detect해서 송신을 멈추면, 낭비되는 시간을 줄일 수 있는 것임.

참고

  • 전선이 싸지고, 광 케이블과 같은 엄청 빠른 선이 등장함에 따라,
  • 한 줄에 두 개 이상의 컴퓨터가 연결되는 행위는 더 이상 일어나지 않음.
  • 따라서, 유선인 경우 CSMA/CD에 의한 에러 검출 및 복구 작업은 거의 무의미해짐.

CSMA/CA

  • 무선랜, WiFi

    • 무선랜이 유명해서 CSMA/CA를 사용함.

  • 기술표준: IEEE 802.11

    • IEEE 단체에서 정의한 802 기술에서의 11번 기술

  • Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA)

    • 유선과 달리 Detect가 아닌 Avoid를 함.

  • CSMA/CD → 하드웨어 세계, CSMA/CA → 소프트웨어 세계라고 할 수 있음.

    • RTS, CTS 메시지를 주고받아서, 에러를 최소화한 통신이므로.
    • 최소화를 위한 노력인거지, 에러의 / 정보의 없어짐은 당연히 발생함.

기본철학

  • 목표: A → B
  • 배경: A, B, C, D 모두 동일 방에 존재.
    • 무선 주파수를 Medium으로 사용.
  • 특징: 무선 - 내가 보내는 메시지를 다른 애들도 받을 수 있음.

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기본 동작 방식

  • A -(RTS) → B
    • A입장: 자 모두들 들어! 내가 B한테 메시지 보낼거양.
    • B입장: A가 나와 통신하고 싶구나
  • B - (CTS) → A
    • B입장: 나 A너랑 통신 가능!
      • 다른애들아 나 지금부터 A랑 통신할거야
    • 결과:
      • C, D: NAV(Non Allocation Vector)
        • C와 D: CTS를 받았는데, B가 A와 통신한다고 하네. 난 조용히 있을게.
        • 충돌 회피.
      • A와 통신 시작.
  • B ↔ A 통신
  • B - (ACK) → A
    • C와 D도 무선 주파수를 쓰는데 경쟁 가능!

메시지

  • RTS (Request To Send)
    • 메시지 전송 요구
  • CTS (Clear To Send)
    • 메시지 허용 + 주변 애들 모두 조용히 있으라는 의미
    • 해당 메시지를 들은 다른 station은 무선 주파수를 사용 X → 충돌 회피.

문제점: Hidden Station Problem

(무선의 문제점)

  • RTS, CTS, ACK를 보내지만,
    이를 하나라도 듣지 못한 애가 무선 주파수에 개입하면, 충돌이 발생한다.
  • CA(Avoid)인 이유: Avoid하려고 노력은 하지만, Hidden Station/Node 발생시, Error가 발생.
    • CSMA/CD: 무선광랜이 등장하면서 하나의 줄을 여러명이 사용하는 일이 거의 없음.
    • 무선: 천연 자원. 인간이 만들 수 X. 주파수 새롭게 만들 수 x → 여러명이 같이 사용해야함.
      • 각자 알아서 시도 + 실패 해야함.
      • 무선랜은 어쩔수없이 사용자가 많아지면 성능이 떨어지다가 성능 제로(불능) 상태가 된다.
        • 사용자가 많아지면 어쩔수 없이 충돌이 발생하므로 성능 (전송속도와 시간) 저하. 이떄 전송속도는 줄의 속도가 아닌 내가 체감하는 전송속도.
        • 충돌이 발생할 때마다 뒤로 갈 테니, 시간 지연이 발생함.
          • 비. 천둥. 등과
      • 따라서, 무선랜 장비는 무차별적으로 배포하면 안된다!
        • 서로 거리가 너무 좁을 경우, 무선랜 AP간 간섭을 일으켜 성능을 떨어뜨림.
          • 집에 성능 좋게 하겠다고 유무선 공유기 2개 만든 사람 하나 없애세용~~

** 안테나를 열면 몇도 간격으로 많은 AP들이 있음.

주파수를 실질적인 공간상에서 나눔.

  • 왼쪽 사람이 쓰는 주파수는 왼쪽을 바라보는 AP를 쓸 수 있도록 함.

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  • 상황 1: 문제 X
    • B → A: 가능.
    • C → A: 가능
    • C ↔ B: 불가능
      • B의 RTS를 C가 못받음.
      • 하지만, A가 쏜 CTS/ACK를 듣고 해당 주파수 사용 X/0 → 충돌 회피 가능.

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  • 상황 2: 문제 0
    • B와 C 사이에 벽 존재.
    • C가 멀리 있어서 무선 주파수가 간당간당함.
    • C가 이동.
    • C가 원래 없다가 갑자기 나타나서, A와 B가 지금까지 어떤 통신을 주고 받았는지 모름.

결론

2계층

  • 에러 검출 및 복구 기능
  • 흐름제어(flow control) 기능
    • 한쪽에서 어마어마하게 많이 보낸 트래픽으로 인하여 수신단이 죽지 않기 위해서는 적당히 보내라고 하는 기능.

그래도 에러는 불가피함.

  • 어떠한 통신 기술을 쓰더라도 몇번 시도하다가 버림.
  • 따라서, 1.2계층에서 반드시 기억할 것은 거의 99% 통신은 Best-Effort임.
  • 에러에 대해서 할 때까지 해보다가 안되면 포기!라는 것.

MAC Layer 기술에 대한 시사점

무선랜

  • 동시 사용자 많음 → 충돌 발생 → 성능(전송속도와 시간) 저하
    • 줄의 전송속도는 변함 없지만, 사용자가 체감하는 속도는 저하.
    • 충돌이 발생할 때마다 뒤로가니까, 시간 지연 발생.
  • L1 전파 신호 불량 + L2 충돌 → 손실 발생
    • 비. 천둥 등 여러가지 이유 존재.
    • 이거는 다른 이동통신 기술에서도 발생함.
      • 이동통신: 이동하고 있을 경우, 속도가 가변적임.
      • 전자렌지 vs 무선랜 vs 블루투스
        • 전자렌지 > 무선랜 > 블루투스
        • 전자렌지 많은 곳에서 무선랜 잘 안됨: 전자렌지에서 발생시키는 전파가 우연히 무선랜과 블루투스가 사용하는 2.4 주파수를 뚫고 지나가서임.
        • 무선랜 빵빵한 곳에서 블루투스 잘 안됨.

따라서, 서비스 품질을 지키기 위해서는 L1. L2를 이해해야한다!

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