강의 과제) 물리 계층과 데이터 계층이란?

1. 물리 계층

 물리 계층은 OSI 7 계층의 가장 아래 계층으로, 하드웨어적인 전송 기술을 담당하는 layer다.

• 단말기와 전송 매체 사이의 인터페이스를 정의
• 데이터 링크 계층 내 entity 간 bit 전송을 위해 물리적 수단을 제공
• 잡음, 간섭, 왜곡, 지연 등의 영향을 받음

 토폴로지: 네트워크의 구성요소가 연결되는 방식에 대한 구조를 정의

출처: geeksforgeeks, Point-to-Point

• Point-to-Point Topology: 노드와 노드 간의 1:1 통신으로 가장 간단하고 기초적인 구조다. 높은 bandwidth를 제공한다.

출처: geeksforgeeks, Mesh Topology

• Mesh Topology: 각각의 노드가 dedicated channel로 연결되어 있는 구조. N개의 노드에서 각각 N-1개의 포트를 사용하게 되며, 총 N(N-1) / 2 개의 dedicated link가 필요하다. 통신 속도가 매우 빠르며, 연결이 robust하고 보안 및 프라이버시가 우수하지만, 설치와 설정이 어렵고 관리에도 비용이 많이 든다. 백본(backbone) 서버가 대표적인 예시라고 한다.

출처: geeksforgeeks, Star Topology

• Star Topology: 하나의 허브에 모든 장치가 연결되어있는 구조. 여러 Ethernet LAN protocol들이 Collision Detection이나 CSMA (Carrier Sense Multiple Access) 등에 이용된다. N개의 장치에 N개의 선이 필요하기 때문에 설치가 간편하다. 한 개의 링크에 문제가 발생하더라도 다른 링크에는 영향이 가지 않는 robust한 구조로 이루어져있다. 저렴한 coaxial 케이블을 이용하기 때문에 비용 대비 효율이 좋다. 단점으로는 장치들을 연결하는 HUB에 문제가 생기면 전체 시스템이 같이 다운된다는 점과, 한 개의 중앙 장치에 전체 성능이 좌우된다는 점이 있다.

출처: geeksforgeeks, Bus Topology

• Bus Topology: 하나의 백본 케이블을 여러 개의 노드가 공유하는 구조. 각 노드는 dropline이라고 불리는 channel을 통해 백본과 연결된다. 케이블에 문제가 생기면 전체 시스템이 다운되기 때문에 non-robust한(견고하지 않은) 구조로 분류된다. 케이블의 비용이 비교적 적지만, 작은 네트워크를 구성할 때만 사용되는 방식이다. 단점으로는 네트워크의 트래픽이 많아질수록 충돌량이 많아진다는 점과, 새로운 장치가 추가될 때 마다 속도가 느려진다는 점, 그리고 보안이 매우 낮다는 점 등이 있다.

출처: geeksforgeeks, Ring Topology

• Ring Topology: 원형 구조로, 하나의 노드가 반드시 두 개의 인접한 노드를 가진다. 정보가 전달될 때 여러개의 노드를 거치게 되기 때문에 정보 손실을 방지하기 위해 repeater를 추가하여 사용한다. 데이터는 한 방향으로만 흐른다. 두 방향으로 흐르는 구조는 Dual Ring Topology로 분류한다. Token passing이라는 방식이 주로 사용되는데, 네트워크 내 한 개의 노드가 모니터링을 담당하며 네트워크 내에서 순환하는 토큰을 관리한다. 데이터 전송 속도가 빠르고 충돌이 매우 적다. 설치나 확장에 드는 비용 또한 star topology보다 적다. 단점으로는 한 개의 노드에 문제가 생기면 전체 네트워크에 문제가 생길 수도 있는 non-robust한 구조라는 점과, troubleshooting이 어렵다는 점, 그리고 새로운 노드의 추가가 네트워크 전체에 장애를 일으킬 수 있다는 점이 있다.

 그 외에도 Tree Topology와 Hybrid Topology 등이 있다. 페이지 하단의 "Types of Network Topology" 링크를 참고하자.

2. 데이터 링크 계층

 데이터 링크 계층은 Layer 2에 속하고, 물리 계층, 네트워크 계층과 함께 네트워크 지원 계층으로 분류된다. 잡음이 있는 인접 노드 간의 연결을 L3 라우터가 사용할 수 있도록 전송 에러가 없는 통신 채널로 변환시켜주는 계층이다. HDLC, PPP, FDDI, PDH/SDH, ATM, Frame Relay, Ethernet, Wireless LAN, 이동통신 등 다양한 방식으로 구현된다. 다음의 주요 기능들을 가지고 있다.

• Framing: 물리 계층의 bit pipe를 packet 또는 frame화 된 link로 변환한다.
• Flow control: 송신측과 수신측의 속도차이를 극복하기 위한 기능이다.
• Error control: 전송 오류 등을 수정하고, 패킷 수신에 문제가 있다면 재전송하는 등의 작업을 한다.
• Sequencing: 패킷이나 ACK 신호의 혼동을 방지하기 위해 sequence를 부여하는 작업
• Media access control: 다중 사용자 접근

 요약하면, 인접한 기기 간의 통신을 관리하며, 신뢰도가 낮은 전송로를 신뢰도가 높은 전송로로 전환시키는데 사용된다. IEEE 802 표준에서는 이 계층을 LLC와 MAC 부계층으로 구분하여 나누기도 한다.

 

 

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References:

 

PHY

 > 정보통신기술용어해설, "PHY"

DLL

 > 정보통신기술용어해설, "DLL"

Physical Layer in OSI Model - GeeksforGeeks

 > geeksforgeeks, "Physical Layer in OSI Model"

Data Link Layer - GeeksforGeeks

 > geeksforgeeks, "Data Link Layer"

Types of Network Topology - GeeksforGeeks

 > geeksforgeeks, "Types of Network Topology"