[네트워크] Link 계층 - 다중 엑세스 프로토콜

장현수·2023년 7월 21일

네트워크

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호스트와 게이트웨이 사이의 전용선이 존재하는 것이 아니라, 공용 선/Broadcast Medium을 통해 패킷이 첫 번째 라우터로 전달된다.

그러면 어떻게 하면 충돌을 피하면서 패킷이 라우터까지 잘 살아서 도달하게 할 수 있을까?

패킷이 목적지 라우터에만 가는 것이 아니라, 공용 선 전체에 퍼진다.

충돌 해결이 중요한 주제

링크 계층 전송단위는 frame. 그 안에 담기는 것이 패킷

유선상황인 Ethernet cable 상황을 상정하고 학습

링크 계층은 OS, network interface card에 부분적으로 구현되어 있다.
애플리케이션 : user
네트워크계층 : (TCP/IP) OS

충돌 컨트롤 - Multiple access links, protocols (MAC Protocols)

1. partitioning 방식의 Mac protocols:

TDMA
time division multiple access

여러 명이 시간을 나눠서 액세스 한다.

이렇게 되면 충돌하지 않는다. 하지만, 작업이 없는 경우 프로토콜 낭비 발생

FDMA
frequency dividion multiple access
프리퀀시를 나눠서 충돌 안나게 함. 마찬가지로 사용하지 않는 경우 낭비 발생

2. 파티셔닝의 단점을 뒤집은 것 : Random access방식

할 얘기 있을 때 해라
유연한 장점은 있지만, 동시에 접근하려고 할때 충돌 발생
따라서 충돌 발생시 회복 방식에 대해 명시해야 함

CSMA(carrier sense multiple access)
전송하고 싶은 프레임이 있을 때, 전송 하기 전 한번 들어보자.
누가 전송하고 있으면 안함. 전송하는 사람 없으면 전송함

그래도 충돌 방지 안됨. 기다렸다가 시작할 때 그게 동시에 시작하는 경우..

충돌이 발생하는 이유 : 전자기파의 진행속도가 제한적이기 때문. -> 충돌을 완전히 없앨 수 없음

충돌 발생 시 손해를 최소화 하는 방향으로.

CSMA/CD(Collision Detection): 충돌 탐지

패킷 전송이 겹처서 충돌이 일어나면 (감지하면) 그 순간 바로 패킷 전송을 멈춘다.
전송이 멈춰진 해당 프레임은 날아간 것. -> 재전송 해야 한다.
재전송을 위해 충돌 감지하면 패킷 전송을 멈추고 random time을 돌린다. 재전송에서 또 충돌이 나면 다시 랜덤 타임..
되도록 시간낭비 없이 빨리 재전송하는 것이 좋으니까 랜덤타임 range는 짧으면 짧을 수록 좋다.
대신 서로 빨리 재전송 하려다가 또 충돌이 날 수 있는 문제가 발생.
따라서 첫 충돌에 대해서는 랜덤 타임을 짧게, 충돌이 거듭될수록 랜덤타임을 점차 길게 줌 : binary exponential backoff. 2배씩 증가

프레임을 전송하는 호스트가 많으면 많을수록 random time은 늘어남.

유선상황에서는 내 신호와 다른 사람의 신호의 세기가 비슷해서 CD가 쉽지만 무선상황은 그렇지 않다.

3. Taking turns 방식의 MAC protocols

채널 파티셔닝은 사용자가 많은 경우 효율적
랜덤 액세스는 사용자가 적을 경우 효율적

이 두 방식의 장점만을 취하고자 한 것. 이론적으로는 많이 나와있지만 현실에선 많이 안쓰임.

1.taking turns

master 노드가 있어야 함. 각 노드에게 전송할 패킷이 있는지 물어봄
-> 랜덤 액세스의 장점인 말 하고 싶을 때 말할 수 있으면서도 충돌이 안나는 장점이 있음
대신 master 노드가 오작동하거나 다운됐을 경우 전체가 동작하지 않는다는 문제가 있어서 현실적으로 안쓰임