[네트워크] 매체 접근 제어(MAC): 유선(CSMA/CD) vs 무선(CSMA/CA) 완벽 정리

"여러 컴퓨터나 스마트폰이 한 네트워크에 동시에 접속할 때, 신호가 서로 충돌하지 않게 조율하는 비결은 무엇일까요?"

"정보처리기사, 전산직 공무원, 대학원 네트워크 시험에서 빠짐없이 출제되는 CSMA/CD와 CSMA/CA의 작동 원리는 어떻게 다를까요?"

네트워크 데이터 링크 계층의 매체 접근 제어(MAC, Medium Access Control)는 하나의 공유 전송 매체(케이블 또는 공기)를 여러 기기가 함께 사용할 때 발생하는 데이터 충돌(Collision)을 예방하고 제어하는 핵심 기술입니다.

이번 글에서는 유선 네트워크의 대표 격인 CSMA/CD와 무선 네트워크의 핵심인 CSMA/CA의 메커니즘 및 시험 핵심 비교 포인트를 한 번에 정리해 드립니다!

1. 기본 개념: CSMA란 무엇인가?

CSMA/CD와 CSMA/CA를 이해하기 전, 두 방식의 공통 기반이 되는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)의 의미부터 살펴봐야 합니다.

• Carrier Sense (반송파 감지): 데이터를 전송하기 전에 현재 채널(매체)을 다른 기기가 사용 중인지 먼저 신호를 감지(Listen)합니다.
• Multiple Access (다중 접속): 하나의 공유 전송 매체에 여러 단말기(노드)가 동시에 연결되어 있습니다.

일상 속 비유: 회의실에서 발언하기 전에 "지금 누군가 말하고 있나?"(Carrier Sense) 들어보고, 조용해졌을 때 여러 사람(Multiple Access) 중 한 명이 말을 시작하는 방식과 같습니다.

2. 유선 네트워크의 충돌 감지: CSMA/CD (Collision Detection)

CSMA/CD는 주로 유선 이더넷(IEEE 802.3) 표준에서 사용되어 온 방식입니다. 데이터를 보내는 도중에도 회선을 감시하여 충돌을 직접 감지합니다.

1.1단계: 회선 감지 (Carrier Sense):

회선이 사용 중인지 확인합니다. 회선이 비어있으면(Idle) 프레임 전송을 시작합니다.

2.2단계: 전송 및 충돌 감지 (Collision Detection):

데이터를 전송하면서 동시에 회선의 전압 변화를 모니터링하여 충돌 발생 여부를 실시간으로 감지합니다.

3.3단계: 충돌 신호(Jam Signal) 전송:

충돌이 감지되면 즉시 데이터 전송을 중단하고, 네트워크 전체에 충돌이 발생했음을 알리는 Jam Signal을 브로드캐스팅합니다.

4.4단계: 지수 백오프 대기 후 재전송:

각 기기는 지수 백오프(Binary Exponential Backoff) 알고리즘에 의해 무작위 대기 시간을 계산한 뒤, 그 시간만큼 기다렸다가 1단계부터 다시 시도합니다.

3. 무선 네트워크의 충돌 회피: CSMA/CA (Collision Avoidance)

CSMA/CA는 주로 무선 LAN / Wi-Fi (IEEE 802.11) 표준에서 사용됩니다. 무선 매체 특성상 신호 전송과 충돌 감지를 동시에 수행하기 어렵기 때문에, 충돌을 미리 '회피(CA)'하는 방식을 취합니다.

무선 환경에서 CSMA/CD를 쓰지 못하는 이유 (시험 단골 문항!)

1. 숨겨진 노드 문제 (Hidden Node Problem): 장애물 등으로 인해 두 단말이 서로를 감지하지 못해 수신 측에서 충돌이 발생하는 현상입니다.
2. 송신 신호의 강한 세기: 무선 단말이 신호를 송신할 때의 전력 세기가 너무 커서, 동시에 들어오는 타 단말의 미세한 충돌 신호를 감지하기 어렵습니다.

CSMA/CA의 완벽한 회피 옵션: RTS / CTS 메커니즘

충돌을 한층 더 확실하게 회피하기 위해 핸드셰이킹 프레임을 활용합니다.

1. RTS (Request to Send): 송신 측이 수신 측에 "지금 데이터를 보내도 될까?"라고 요청 프레임을 전송합니다.
2. CTS (Clear to Send): 수신 측이 주변 모든 노드에게 "지금 데이터 받을 테니 다들 잠시 전송을 멈춰줘"라고 승인 프레임을 브로드캐스팅합니다.
3. 데이터 전송 & ACK: 송신 측이 안심하고 데이터를 보내고, 수신 완료 후 수신 측이 ACK 응답을 보냅니다.

💡 한눈에 비교하는 CSMA/CD vs CSMA/CA (시험 핵심 요약표)

구분	CSMA/CD	CSMA/CA
주요 적용 영역	유선 이더넷 (IEEE 802.3)	무선 LAN / Wi-Fi (IEEE 802.11)
충돌 대응 방식	Collision Detection (충돌 감지 후 처리)	Collision Avoidance (충돌 예방 및 회피)
전송 중 충돌 감지	가능 (전압 변화 감지)	불가능
핵심 제어 프레임	Jam Signal	RTS / CTS / ACK 프레임
숨겨진 노드 해결	해당 없음	RTS/CTS 메커니즘으로 해결
전송 오버헤드	충돌 시 즉시 중단되므로 적음	예방용 프레임 및 대기시간으로 다소 큼

📌 핵심 기출 포인트 체크

1. 지수 백오프 (Exponential Backoff): 충돌이 연속으로 발생할 때마다 임의 대기 시간의 선택 범위가 2배씩 늘어나는 원리 (최대 10회까지 2^k 범위 증가).
2. IFS (Inter-Frame Space): CSMA/CA에서 프레임 간의 우선순위를 제어하기 위해 사용하는 대기 시간 간격 (SIFS, DIFS 등).
3. 숨겨진 노드 문제(Hidden Node Problem): 무선 LAN에서 두 노드가 서로를 감지하지 못해 발생하는 충돌 문제와 이를 해결하기 위한 RTS/CTS 프레임의 목적을 반드시 숙지하세요.