데이터링크 계층 (Data Link Layer)

1. 데이터링크 계층 (Data Link Layer)의 개요

개념도
개념	OSI 7 Layer 중 2 계층으로, 이더넷 등 물리적 연결 장비 간 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 MAC 주소 기반의 프레임 전송과 오류 제어를 담당하는 계층
특징	– LLC, MAC 서브 계층에서 오류 검출과 흐름 제어를 통해 신뢰성 있는 데이터 전송 보장 – 고유 MAC 주소로 출발지와 목적지를 식별하여 프레임 단위로 데이터를 전송

• 데이터링크 계층은 OSI 7 Layer 중 2 계층으로, 인접 노드 간 MAC 주소 기반의 프레임 전송과 오류 제어로 물리 계층의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장

 

2. 데이터링크 계층의 서브 계층과 핵심 기술요소

(1) 데이터링크 계층의 서브 계층

LLC	– Logical Link Control, 논리 링크 제어 – 상위 계층과 연동, 오류 및 흐름 제어, 프로토콜 다중화
MAC	– Medium Access Control, 매체 접근 제어 – 하위 계층과 연동, 물리 매체 관리, 주소 지정, 매체 접근 제어 (충돌 방지)

• MAC의 IEEE 표준 공식 명칭은 Medium Access Control(데이터를 전송하는 케이블, 공기 등 물리적 매체의 단수형)이지만, 실무에서는 Media Access Control(Medium의 복수형)도 혼용되어 사용하며 두 용어 모두 통용됨

(2) 데이터링크 계층의 핵심 기술요소

구분	기술요소	역할
LLC 계층	상위 계층과 연동	– IP, ICMP 등 네트워크 계층과 데이터링크 계층을 연결 – 네트워크 계층에서 내려온 패킷을 프레임 포맷에 맞게 캡슐화
	흐름 제어	– 장비 간 처리 속도 차이로 인한 데이터 유실 방지, 전송량 조절 – 슬라이딩 윈도우 (Sliding Window) 등
	오류 제어	– 노이즈 등으로 인한 프레임 변형 및 유실을 방지 – 전진 오류 수정 (FEC), 후진 오류 수정 (BEC), ARQ
MAC 계층	다중 접근 제어	– 케이블, 주파수 등 공유 전송 매체를 여러 장비가 동시 사용 – ALOHA, CSMA/CD, CSMA/CA, Polling, FDMA, TDMA, CDMA
	프레임 구성 및 주소 지정	– 프레임 구조 완성, NIC의 고유 번호 기반 목적지로 전달 – MAC 주소 체계(EUI-48 / MAC-48), FCS
	하위 계층과 연결	– 상위 계층인 데이터링크 계층과 하위 계층인 물리 계층을 연결 – 완성된 프레임을 물리 계층으로 내려보내 bit 단위로 전송

• 데이터링크 계층의 네트워크 장비는 대표적으로 L2 스위치가 있으며 L2 스위치는 MAC 주소 테이블 기반 다수 네트워크 장비 연결하고 하드웨어 기반(ASIC) 초고속 프레임 전송하는 역할

 

3. 데이터링크 계층에서 사용하는 주요 네트워크 장비

장비 구분	역할	특징
L2 스위치 (Layer 2 Switch)	– 다수 네트워크 장비 연결, 하드웨어 기반(ASIC) 초고속 프레임 전송	– MAC 주 테이블 – VLAN (Virtual LAN)
브리지 (Bridge)	– 서로 다른 로컬 랜(LAN) 세그먼트를 연결하여 하나의 네트워크로 동작	– MAC 학습 및 필터링 – STP 등 루프 방지
무선 AP (Wireless Access Point)	– 유선 네트워크와 무선 단말(스마트폰, 노트북 등)을 연결해 주는 브리지	– CSMA/CA 방식과 유선 이더넷 프레임 구조를 상호 변환
NIC (Network Interface Card)	– PC, 서버 등 IT인프라 장비가 네트워크에 물리적으로 연결하는 하드웨어 인터페이스	– MAC 주소 내장 및 상위 계층의 데이터를 프레임으로 캡슐화

• 최근 AI 연산과 초고속 클라우드 트래픽 급증으로 인해, 데이터링크 계층으로 대표되는 네트워크 장비인 L2 스위치는 초고대역폭/저지연 처리를 위한 고성능 이더넷 및 개방형 네트워크(SONiC) 중심으로 진화중

 
[참고]

• IEEE 802.3 ETHERNET WORKING GROUP
• McGraw-Hill Korea, 이재광 외, 컴퓨터 네트워크 A Top-Down Approach, 2012.1