데이터 링크 계층은 기능에 따라 두 개의 하위 계층으로 분리된다.
다중 접근 프로토콜에서 충돌을 해결하는 방법 중 하나
전송이 지국 사이에서 임의로 벌어지기 때문에 (정해진 시간표 X) 임의 접근 프로토콜이라 한다.
지국 간의 전송에 대한 규칙이 없고 지국들이 매체에 접근하기 위해 경쟁하기 때문에 경쟁 방식(contention)이라고도 한다.
임의 접근 방식에서 어떤 지국도 다른 지국보다 우월하지 않으며, 어떤 지국도 다른 지국에 대한 제어 권한을 할당받지 않는다. 또한 어떤 지국도 다른 지국의 전송을 허용하지도, 허용하지 않지도 않는다. (즉, 모든 노드는 통신 상황에서 평등하다)
각각의 경우에서 전송할 데이터가 있는 지국은 프로토콜에 의해 정의된 절차를 사용하여 전송 여부를 결정한다.
Hop
? 컴퓨터 네트워크에서 출발지와 목적지 사이에 위치한 경로의 한 부분이다. 데이터 패킷은 브리지, 라우터, 게이트웨이를 거치면서 출발지에서 목적지로 경유한다. 패킷이 다음 네트워크 장비로 이동할 때마다 홉이 하나 발생한다.
407 MHz
지국, 프레임 전송
지국, 수신자의 응답(acknowledgment)을 최대 전파 지연 시간의 2배 2 * T(p)
동안 기다림
최대 전파 지연 시간의 2배 (타임 아웃 시간)동안 응답을 받지 못했을 경우, 프레임이 손상된 것으로 간주 (충돌이 일어나 프레임이 성공적으로 전송되지 않은 것으로 간주)
→ 전송 시도 횟수 +1
전송 시도 횟수 K
가 최대 재전송 횟수 K(max)
보다 작거나 같은 경우 (일반적으로 15 이하인 경우), 각 지국은 0부터 2^k-1 사이의 랜덤 숫자 R
을 뽑음
랜덤 숫자 R
에 의해 결정된 임의의 시간 T(B)
만큼 대기한 후, 재전송 시도
T(P)
최대 전파 시간 = 거리 / 전파 속도T(B)
대기 시간
: 일반적인 공식은 '이진 지수 대기시간'으로T(B) = R * T(P)
또는T(B) = R * T(fr)
- r : 0부터 2^k-1 사이의 랜덤 숫자
- k : 실패한 전송 시도 횟수
T(fr)
: 프레임을 전송하는데 요구되는 평균 시간
취약 시간
S = G * e^(-2G)
G
가 1/2
인 경우 S(max) = 0.184
한 프레임의 평균 전송 시간 T(fr)
을 여러 개의 슬롯으로 나누고, 지국이 타임 슬롯의 시작에서만 프레임을 전송할 수 있도록 규제하는 알로하 프로토콜
취약 시간
처리율
S = G * e^(-G)
G = 1
일 때 최대 처리율 S(max) = 0.368
순수 알로하 프로토콜에 비해 취약 시간 절반, 충돌 구간 절반, 처리율 2배
충돌 가능성을 최소화하고 성능을 향상시키기 위해 개발된 다중 접근 프로토콜
"sense before transmit"/ "listen before talk" 원리에 기반
충돌 가능성을 줄이지만, 충돌을 완전히 없애는 것은 X
전파 지연(신호가 전송되는데 걸리는 시간차)으로 인해 충돌 가능성 여전히 존재
지국이 프레임을 전송할 때 그 프레임의 첫 번째 비트가 모든 지국들에 도달하여 각 지국이 비트를 감지하기 까지는 시간이 걸린다. 따라서 지국이 매체가 사용되지 않는 상태라고 감지하더라도, 실제로는 다른 지국에서 보낸 첫 번째 비트가 전송 중이지만 아직 도달되지 않은 상태일 수 있다.
CSMA에서의 충돌의 공간/시간 모델
T(p)
이다. 매체가 휴지 상태이거나 사용 중일 때 지국이 취해야 할 방식 정의
CSMA의 persistence method
CSMA에 충돌 처리 절차를 더한 것
지국은 프레임을 전송한 후, 전송이 성공했는지 매체 관찰
CSMA/CD에서 첫 번째 비트의 충돌
t(4) - t(1)
t(3) - t(2)
CSMA/CD에서 충돌과 폐기 (abortion)
최소 프레임 크기
T(fr)
은 최대 전파 시간 T(p)
의 적어도 두 배여야 한다.2T(p)
이후에도 계속 전송을 하고 있어야 충돌을 감지하고 프레임을 재전송할 수 있다.CSMA/CA는 무선 네트워크에서 충돌을 피하기 위해 개발되었다.
CSMA/CA에서 충돌을 방지하기 위해 사용하는 세 가지 전략
⭐ CD와 CA의 차이
- CD는 유선, CA는 무선
- CA에서는 랜덤성이 보장된다면 충돌 확률 낮음
지국은 데이터를 보내기 전에 반드시 예약해야 한다.
예약한 지국만 데이터를 보낼 수 있기 때문에 충돌 X
예시
폴링은 한 장치가 주 지국 (Primary Station)으로 지정되고, 다른 장치들이 부 지국 (Secondary Station)으로 지정되는 위상 체계에서 작동한다.
주 지국은 어느 지국이 어느 때에 매체를 사용할지 결정하고, 모든 데이터는 (부지국 사이의 데이터 통신일지라도) 반드시 주 지국을 통해 교환이 이루어진다.
단점
: 주 지국 마비 → 전체 시스템 마비
폴링 접근 방법에서 충돌을 방지하기 위한 기능
Multiplexing?
- 두 개 이상의 장치로 연결된 매체의 대역폭이 장치들이 요구하는 대역폭보다 클 때, 하나의 링크를 여러 개의 채널로 나누어, 하나의 링크에서 여러 개의 신호가 동시에 전송될 수 있도록 하는 기술
FDMA에서 사용 가능한 대역폭은 주파수 대역으로 나뉘고, 각 지국에는 데이터를 전송할 대역이 할당된다. 즉, 각 대역은 특정 지국을 위해 예약되어 있으며 항상 지국에 속한다.
특징
FDM
- 아날로그 신호를 결합하는 아날로그 다중화 기술
- 유사한 범위의 대역폭(주파수)을 사용하는 각각의 신호를 서로 다른 carrier frequency로 변조하여, 서로 다른 대역폭 범위의 신호들을 하나의 신호로 결합하고 링크를 따라 전송하는 기술
TDMA에서 지국들은 시간에 따라 채널의 대역폭을 공유한다. 각 지국에는 데이터를 전송할 수 있는 시간 슬롯이 할당되고, 각 지국은 할당된 시간 슬롯에 있는 데이터를 전송한다.
특징
CDMA에서는 하나의 채널이 모든 전송을 동시에 한다.
(FDMA와는 다르게 링크의 대역폭을 나누지 않고, TDMA와는 다르게 타임 슬롯이 존재하지 않는다)
CDMA에서 데이터의 표현
CDAM는 코딩 이론에 기반
A⋅A = N
A⋅B = 0
A⋅(-A) = -N
CDMA에서 데이터의 표현
N
= 2^m