[8주차] Link Layer : Introduction

Link Layer: Introduction

Introduction

✔ Link: 인접 네트워크 상의 노드와 노드 사이를 연결하기 위해 사용되는 물리적/논리적 네트워크 구성 요소

✔ 한 Hop을 넘어갈 때(한 node에서 다음 인접 node로 데이터를 전송할 때) 어떻게 충돌 (collision) 없이 넘어갈 수 있을 것인가

Where is the link layer implemented?

✔ Network Interface Card(NIC)에 어댑터 형식으로 구성

Multiple access links, Protocol

✔ 현실의 네트워크는 각각 host-client 전용선이 아니라 여러 사람이 공유하는 채널인 경우가 많음(broadcast medium)

✔ Medium Access Control(MAC): 매체에 대한 접근을 조절해서 충돌을 최소화 하는 기술

Ideal Multiple Access Protocol

✔ R(bps): link의 channel bandwidth
✔ 다음과 같은 조건들을 만족하는 이상적인 MAC 프로토콜

1. 한 노드가 데이터를 전송할 때 온전히 R의 속도로 보낸다.
2. M개의 노드가 데이터를 전송할 때 평균적으로 R/M의 속도로 보내지게 된다.
3. 분산 처리 (decentralized)
4. 단순한 방식 (simple)

MAC protocols

1. channel partitioning
2. random access
3. taking turns

1. Channel Partitioning

TDMA

✔ TDMA: Time division multiple access
✔ 각 채널별로 자신이 전송할 수 있는 time slot을 배정해서 해당 slot이 돌어왔을 때만 데이터를 보낼 수 있게 한다.
✔ user(채널) 수에 따른 자원 낭비 발생 가능

FDMA

✔ FDMA: Frequency division multiple access
✔ 각 채널 별로 주파수 배정
✔ TDMA와 같이 자원 낭비 문제 발생

2. Random Access Protocols

✔ 데이터를 보내고자 할 때 그대로 R 속도로 보냄
✔ 두 채널 이상 데이터를 보낼 때 충돌 발생! -> 충돌 탐지/처리 방식 중요

CSMA

✔ CSMA:(Carrier Sense Multiple Access)
✔ listen before transmit: 데이터가 전송 중이면 대기, 전송 중인 데이터가 없으면 데이터 전송
✔ 인간의 소통 방식과 유사

CSMA collisions

✔ propagation delay로 인해 node로 전달되는 시간 차가 존재해서 충돌 발생
✔ propagation delay는 줄일 수 없기 때문에 충돌 자체는 불가피하다

CSMA/CD (Collision Detection)

✔ CSMA 방식에서 충돌이 발생했을 경우 즉시 전송을 멈춤!
✔ 중단 이후 재전송 방식: NIC enters binary

• M번의 충돌이 있었으면 {$0, 1, 2, ..., 2^M - 1$} 중 하나의 수를 random하게 선택해서 대기
• 충돌이 많아질 수록(사람이 많아질 수록) 선택하는 random 숫자의 범위도 증가 -> 오래 기다릴 가능성도 증가

3. Taking Turns

✔ Channel partitioning과 random access의 절충

Polling

✔ mater node가 slave node의 데이터 전송 조율
✔ master node에 문제 발생 시 네트워크 전체에 영향!

Token Passing

✔ 토큰을 가지고 있을 경우 데이터 전송 가능
✔ 전송할 데이터가 없으면 다른 node에 토큰 전달
✔ 그러나 중간에 token 유실 시 문제 발생 가능 (Single point of Failure)