정보통신공학
2012. 1학기
5장 데이터 링크와 오류제어 기법
정보통신공학
2012. 1학기
5장 데이터 링크와 오류제어 기법
김용화
(yhkim@mmu.ac.kr)
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데이터링크 계층에서 수행하는 회선제어에 대한 개념과 물리계층 기능과의 연계성 이해1
흐름제어 기법과 재전송을 기반으로 하는 오류제어 기법의 개념과 동작 이해2
3
1
학습목표
2
대표적인 데이터링크 계층 프로토콜인 HDLC의 프레임의 형식과 동작을 살펴서 프레임 전송과정에 대한 이해와 분석3
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내용
데이터링크와 회선제어1
흐름제어(Flow Control)기법2
3
1
목차
2
3
오류제어(Error control) 기법1
HDLC 프로토콜2
3
4
데이터 링크와 데이터 링크계층의 기능 데이터통신은 다수의 디바이스 상호간의 동작으로 이루어짐.. 스테이션(station): 디바이스라는 개체에 대한 표현. 즉 컴퓨터, 터미널 등과 같은 개체를 스테이션으로 표현. 데이터링크(data link)란? ― 데이터링크 제어 프로토콜이 적용되는 스테이션 사이의 회선(line), 또는 전송미디어를 말함. 데이터링크 계층의 기능: 회선제어 기능, 흐름제어, 오류제어 기능 데이터링크의 구분(데이터 흐름과 타이밍에 따라) 단방향(simplex) 전송 : 링크에서의 데이터 흐름이 언제나 한쪽 방향만Section 01
데이터링크와 회선 제어
Section 01
데이터링크와 회선 제어
회선제어기능이란? 신호간의 충돌현상이 발생하지 않도록 제어하는 기능 ENQ/ACK 기법 전용 전송 링크로 구성된 두 스테이션 사이에서 주로 사용되는 기법. ENQ와 ACK 프레임으로 링크를 제어.
회선제어 기능
회선제어 기능
폴링(Polling) 기법 하나의 스테이션을 주(primary) 스테이션으로 지정하고 나머지는 종속(secondary) 스테이션으로 구성하여 사용하는 방법 선택(Select) 모드 : 주 스테이션이 전송할 데이터가 있을 때 사용하는 모드 주 스테이션이 링크에 대한 제어 권한을 갖음. 선택 모드에서 종속 스테이션이 선택되는 절차 ([그림 5-2])폴링기법(1)
폴링기법(1)
폴(poll) 모드
주 스테이션이 다수의 종속 스테이션에게 보낼 데이터가 있는지 여부를 확인하여 데이터 전송이 이루어지도록 하는 모드.
NAK(Negative ACK): 주 스테이션에서 폴(poll) 프레임을 전송하면, 전송할 데이터가 없는 종속 스테이션이 NAK을 전송 전송할 데이터가 있는 종속 스테이션은 ACK를 전송. ([그림 5-3])
폴링기법(2)
폴링기법(2)
흐름제어란?
전송 스테이션으로 하여금 전송 데이터의 양을 제한하기 위해서 사용되는 절차 (필요한 이유) 일반적으로 수신장치로 들어오는 데이터를 처리할 수 있는 속도와 데이터를 저장할 수 있는 메모리에 제한이 있기 때문흐름제어 방법
정지-대기(Stop-and-wait) 기법 슬라이딩 윈도우(Sliding Window) 기법Section 02
흐름제어(Flow Control) 기법
Section 02
흐름제어(Flow Control) 기법
전송측이 프레임을 전송한 후 각 데이터 프레임에 대한 ACK를 기다려서, 이에 대한 ACK 프레임이 도착하면 그 후에 다음 프레임을 전송하는 기법 (장점) 구조가 간단 (단점) 비효율성 : 하나의 프레임을 보내고 ACK 프레임이 수신되어야만 그 다음 프레임을 전송할 수 있기 때문
정지-대기 흐름제어 기법
정지-대기 흐름제어 기법
슬라이딩 윈도우 기법은 정지-대기 기법의 비효율성을 개선한 기법. (방법) 전송측이 전송한 프레임에 대한 ACK 프레임을 수신하지 않더라도, 여러 개의 프레임을 연속적으로 전송하도록 허용 윈도우 기법을 사용하여 전송측과 수신측 양쪽에서 프레임을 보관하고 관리. 윈도우(window) 전송 및 수신 스테이션 양쪽에서 만들어진 버퍼(buffer)의 크기슬라이딩 윈도우 흐름제어 기법
슬라이딩 윈도우 흐름제어 기법
프레임이 전송된 후 윈도우의 왼쪽 경계가 오른쪽을 향하여 이동하고, 결과적으로 윈도우의 크기가 줄어듬.([그림 5-5]) ACK 프레임이 도착하면, 전송측 윈도우는 ACK 프레임(도착된 프레임의 수)에 따른 프레임의 수만큼 오른쪽 경계가 오른쪽으로 이동하여 윈도우 크기가 늘어남.
전송측 윈도우
전송측 윈도우
전송측으로부터 프레임이 수신되면 윈도우의 크기는 줄어듬. 수신측 윈도우는 수신된 프레임의 수를 나타내는 것이 아니고, ACK 프레임을 전송하기 전에 수신될 수 있는 프레임 수를 나타냄. 수신측 윈도우는 ACK 프레임을 전송한 후, 오른쪽 경계를 오른쪽으로 이동시켜 윈도우크기 증가. 윈도우의 크기 = (가장 최근 ACK로 응답한 프레임의 수) - (이전에 ACK 프레임을 보낸 프레임의 수)수신측 윈도우
수신측 윈도우
오류 검출(error detection) 과정과 재전송(retransmission) 과정을 포함
ARQ (Automatic Repeat Request): 프레임이 손상되었거나 분실되었을 때 수행되는 재전송 과정
ARQ 기법은 흐름제어 기법과 관련됨.
‘정지-대기’ 흐름제어’는 ‘정지-대기 ARQ’로 구현
슬라이딩 윈도우 흐름제어’는 ‘GBn (Go-Back-n) ARQ’ 또는 ‘SR(Selective-Reject) ARQ’의 형태로 구현
Section 03
오류제어(Error control) 기법
Section 03
오류제어(Error control) 기법
전송 스테이션은 전송한 프레임의 ACK를 받을 때까지 프레임의 복사본을 유지. 식별을 위해 데이터 프레임과 ACK 프레임은 각각 0, 1의 값으로 번호를 부여. 만약 프레임에서 오류가 발견되면 NAK 프레임이 반환되고, 이에 따라 전송측은 복사해 두었던 동일한 프레임을 재전송. 전송장치는 타이머를 갖고 주어진 시간 내에 ACK가 오지 않으면 재전송.
정지-대기 ARQ (재전송 절차)
정지-대기 ARQ (재전송 절차)
정지-대기 ARQ에서 손상된 프레임의 경우
정지-대기 ARQ에서 손상된 프레임의 경우
정지-대기 ARQ에서 데이터 프레임이 분실된 경우의
절차
정지-대기 ARQ에서 데이터 프레임이 분실된 경우의
절차
정지-대기 ARQ에서 ACK 프레임이 분실된 경우에 대한 절 차 정지-대기 ARQ에서 ACK 프레임이 분실된 경우에 대한 절 차 개선된 기법: GBn ARQ와 SR ARQ 기법. 두 기법은 모두 슬라이딩 윈도우 흐름제어 기법에 기초 전송 스테이션은 전송된 모든 프레임의 복사본을 갖고 있어야 함. 슬라이딩 윈도우는 연속적인 프레임 전송 기법이므로 ACK, NAK 모두 각각 구별. ACK 프레임: 다음 프레임을 보내라는 의미 NAK 프레임: 손상된 프레임 그 자체에 대한 번호를 가지고 반환
개선된 Error control 기법
개선된 Error control 기법
GBn ARQ -
데이터 프레임이 손상된 경우의 동
작
GBn ARQ -
데이터 프레임이 손상된 경우의 동
작
GBn ARQ-
데이터 프레임이 분실된 경우의 동작
GBn ARQ-
데이터 프레임이 분실된 경우의 동작
SR ARQ는 손상되거나 잃어버린 프레임만 재전송 수신 스테이션은 어긋난 순서로 도착한 프레임을 다시 정렬. 전송 스테이션은 정렬과정을 통해 재전송을 위해 선택된 프레임만을 재전송. 수신장치는 재전송 프레임이 도착해서 정렬될 때까지 프레임들을 저장할 버퍼가 필요. ACK 번호는 수신된 프레임을 언급하는 번호가 됨.
특성 비교
정지-대기 ARQ 구조가 간단하여 구현이 용이하나, 비효율적이어서 활용도가 낮음. GBn ARQ 기법 구조가 비교적 간단하고, 효율성이 향상되어 가장 널리 사용. SR ARQ 기법 가장 효율적이나 구조가 복잡해서 유지 관리 비용 증가, 필요시 사용.SR ARQ와 특성비교
SR ARQ와 특성비교
데이터링크 프로토콜문자방식의 프로토콜 : BSC(Binary Synchronous Communication) 등
비트방식의 프로토콜 : SDLC, HDLC 등
문자방식 프로토콜(Byte-oriented, Character-oriented): 전송된 프레임을 1바이트(8비트)의 문자로 해석, 제어 정보는 ASCII 코드로 구성.
HDLC에서의 스테이션 구분
주 스테이션(Primary Station): 명령(command)을 전송.
종속 스테이션(Secondary Station): 명령에 응답(response).
혼성 스테이션(Combined station): 명령과 응답 모두 전송.
Section 04
HDLC (High-Level Data Link Control)
프로토콜
Section 04
HDLC (High-Level Data Link Control)
프로토콜
HDLC 프레임의 각 영역별 기능 플래그, 주소영역, 제어영역, 정보영역, FCS 영역 등으로 구분 플래그 플래그(flag) 영역은 프레임의 시작과 끝을 나타내기 위해서 사용 8비트로 구성: 고유 패턴 (01111110). 주소영역 주소영역(address field) : 프레임을 수신하는 종속 스테이션(목적지 스테이션)을 식별 제어영역
HDLC의 제어영역(control field)은 정보 프레임(I-프레임), 감시
프레임(S-프레임), 그리고 번호를 갖지 않은 프레임(U-프레임) 등 3종류의 프레임을 정의함.
HDLC 프레임 형식(1)
HDLC 프레임 형식(1)
정보영역
정보영역(information field)은 I-프레임과 U-프레임에만 있음
임의 순서의 비트 패턴 가능 FCS 영역
FCS(frame check sequence)는 플래그를 제외한 정보영역 이후부터 적용
기본적으로 16비트 CRC-CCITT 사용
프레임 길이나 회선의 신뢰성을 위해 CRC-32 사용 가능
HDLC 프레임 형식(2)
HDLC 프레임 형식(2)
정보 프레임(I-프레임: information frame) 사용자 데이터를 가진 정보 프레임 HDLC의 기본적인 동작은 정보 프레임의 교환으로 이루어짐 각각의 I-프레임은 ACK과 전송 프레임의 순서번호를 포함 ACK는 다음에 기대되는 순서번호를 의미 감시 프레임(S-프레임: supervisory frame) S-프레임은 흐름제어나 오류제어를 위해 사용 번호가 붙지 않은 프레임(unnumbered frame) 링크의 연결과 해제 등 제어기능을 위해 사용 순서번호가 없으며, 번호를 가진 I-프레임의 순서나 흐름을 바꾸지 않음
HDLC 프레임의 종류와 동작
HDLC 프레임의 종류와 동작
데이터링크 계층의 회선 제어 기능은 회선 혹은 링크의 설정과 관련된 기능을 수행하는 기능으로 ENQ/ACK 기법과 주종간 통신에서 사용되는 폴링기법 등이 있음. 흐름제어는 ‘전송장치로 하여금 전송 데이터의 양을 제한하기 위해서 사용되는 절차’임. Stop-and-wait 흐름제어 기법은 전송측이 프레임을 전송한 후 각 프레임에 대한 ACK를 기다리고 있다가, ACK가 도착하면 그 후에 다음 프레임을 전송하는 기법.슬라이딩 윈도우(Sliding Window) 흐름제어 기법은 Stop-and-wait 기법의 비효율성을 개선하기 위해서 전송 측이 ACK를 받기 전에 여러 개의 프레임을 연속적으로 전송할 수 있도록 하는 방법.
요약(1)
요약(1)
데이터링크 계층에서 수행하는 오류제어를 위한 정지-대기 ARQ의 재전송 절차에 대해 알아보았음. 대표적인 데이터링크 계층 프로토콜인 HDLC의 프레임의 형식과 동작에 대하여 알아보았음. - HDLC 프레임은 플래그, 주소영역, 제어영역, 정보영역, FCS 영역 등으로 구분. - HDLC에서 사용되는 프레임의 종류에는 정보 프레임을 전송하는 I-프레임, 오류제어를 관리․감시할 S-프레임, 그리고 링크의 연결과 해제와 관련하여 사용되는 U-프레임 등이 있음. - 제어영역(8비트)은 세 가지 프레임중 어떤 형식의 프레임이 전송되는지를 정의함.
