01. 데이터 전송 방식
컴퓨터 네트워크 효과
- 자원 공유
- 병렬 처리 성능 향상
- 중복 저장으로 신뢰성 향상 -> 시스템 성능 저하
1. 전송과 교환
교환: 라우터에서 데이터를 어느 방향으로 전달할지를 선택하는 기능
전송: 일대일(1:1)로 직접 연결된 두 시스템간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장
1.1 전송과 교환 개요
1.2 전송 방식의 종류
- 지리적 : LAN/MAN/WAN
- 데이터 전송, 교환 기술의 분류 방식 : 점대점, 브로드캐스팅 방식
점대점 방식
- 호스트가 중개 호스트와 일대일로 연결
- 원거리에 있는 시스템 사이의 통신 방식, WAN 환경에서 주로 사용
브로드캐스팅 방식
- 네트워크에 연결된 모든 호스트에 데이터가 전송
- 별도의 교환 기능이 불필요
- LAN처럼 지리적으로 가까운 호스트 사이의 통신에서 주로 사용
2. 점대점 방식
- 교환 호스트가 송수신 호스트의 중간에 위치, (스타형, 링형, 완전형, 불규칙형)
- 연결 개수가 많아지면 성능은 유리하나 비용이 많이 소요, 연결 개수가 적어지면 전송 매체를 많이 공유해 네트워크 혼잡도 증가
2.1 스타형
- 중앙 호스트가 매우 중요하다
- 중개 과정이 간단하다는 장점이 있지만 중앙 호스트에 문제발생 시 전체에 영향을 준다는 단점이 있다.
2.2 링형
- 호스트의 연결이 순환 고리 구조
- 모든 호스트가 데이터 전송과 교환 기능을 동시에 수행
- 토큰Token
- 호스트 사이의 데이터 송신 시점을 제어하는 기능
- 데이터의 전송 권한을 의미하는 토큰을 확보
- 데이터 전송이 완료되면 토큰을 다시 링 네트워크에 돌려줌 - 단점 : 한 호스트가 고장나면 전체 네트워크가 동작하지 않을 수 있음
2.3 완전형
- 모든 호스트가 다른 모든 호스트와 일대일로 직접 연결하는 방식
- 단점 : 전송 매체가 증가하면 비용 측면이 비효율적임
2.4 불규칙형
- 연결 구조를 특정 패턴으로 분류할 수 없는 방식(일반 네트워크)
3. 브로드캐스팅 방식
- 특정 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전달
- LAN 환경에서 사용(교환 호스트 불필요)
3.1 버스형
- 전송 데이터를 모든 호스트에서 수신할 수 있음
- 충돌Collision : 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송할때 충돌 발생
- 충돌 해결 방법
1. 호스트의 전송 권한을 제한함
- 사전에 전송 권한을 확보하는 방법 : 시간대를 다르게 지정하는 방법,
토큰으로 전송 권한을 순환적으로 이용하는 방법
2. 충돌 허용
- 둘 이상의 호스트가 데이터를 동시에 전송할 수 있도록 허용, 충돌 발생시에 해결 과정 필요
- 예 : 이더넷Ethernet
4. 멀티포인트 방식
-
유니캐스팅Unicasting 방식
- 두 호스트 사이의 데이터 전송 (텔넷, FTP, 웹 검색) -
멀티포인트Multipoint
- 일대다(1:n), 다대다(n:n) 형식 (화상 회의, 원격 교육, 인터넷 채팅) -
하나의 송신 호스트를 기준으로
- 수신 호스트 하나와 연결 : 유니포인트Unipoint
- 다수의 수신 호스트와 연결 : 멀티포인트Multipoint -
송신 호스트가 한 번의 전송으로
- 수신 호스트 하나에만 데이터 전송 : 유니캐스팅Unicastin
- 다수의 수신 호스트 전송 : 멀티캐스팅Multicasting
4.1 멀티포인트 유니캐스팅
일대다 통신을 위해 멀티포인트 유니캐스팅 방식을 사용
- 단점 : 수신 호스트 수가 많아지면 성능 에서 문제 발생
- 장점 : 송수신 호스트 사이의 흐름 제어와 수신 호스트의 응답 기능 및 재전송
기능 등을 구현하기 좋음
4.2 브로드캐스팅
- 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식
- 단점 : 호스트 수가 많을수록 네트워크 트래픽이 급격히 증가
(서브넷Subnet 내에서 이용이 좋음)
- 특정한 브로드캐스팅 주소로 전송
- 네트워크 장비에서는 전달된 패킷을 복사하여 네트워크 전체로 전송
4.3 멀티캐스팅
- 일대다 전송 기능을 구현 : 통신 환경을 연결 설정 요구 한 번으로 지원 가능
- 송신호스트의 전송 요구 한 번으로 모든 수신 호스트에 데이터를 전달
- 예) 비디오.오디오 서비스, 화상 회의 서비스, 인터넷 뉴스, 인터넷 주식
02. 오류 제어
1. 전송 오류의 유형
- 수신 호스트의 응답 프레임 : 송신 호스트에 응답 프레임을 전송해 원래의 데이
터 프레임을 재전송하도록 요구
- 긍정 응답 프레임
- 부정 응답 프레임 : 송신 호스트의 재전송 기능 작동 - 송신 호스트의 타이머 기능
- 타임아웃Timeout : 데이터 프레임을 전송한 후에 일정 시간 이내에 수신 호스트로부터 긍정 응답, 프레임 회신이 없으면 데이터 프레임을 재전송함 - 순서 번호 기능
- 수신 호스트가 중복 프레임을 구분할 수 있도록 지원
- 데이터 프레임 내에 프레임 구분을 위한 일련 번호 부여
1.1 정상적인 전송
- 송신 호스트가 전송한 데이터 프레임이 수신 호스트에 오류 없이 도착
- 수신 호스트는 송신 호스트에게 긍정 응답 프레임을 회신
1.2 프레임 변형
- 프레임 변형 오류를 인지한 수신 호스트는 송신 호스트에 부정 응답 프레임을 전송, 원래의 데이터 프레임을 재전송함
- 부정 응답 프레임을 사용하지 않는 프로토콜에서는 송신 호스트의 타임아웃 기능에 따라 복구 과정을 시작
1.3 프레임 분실
- 송신 호스트는 데이터 프레임을 전송한 후에 특정 시간까지 수신 호스트의 긍정 응답 프레임이 도착하지 않으면 타임아웃 기능에 따라 원래의 프레임을 스스로 재전송
2. 순서 번호
중복 수신 문제를 해결하기 위해 데이터 프레임에게 부여되는 고유 번호
2.1 순서 번호의 필요성
긍정 응답 프레임이 사라지는 오류 발생시 송신 호스트의 타임아웃 기능에 따라 재전송 과정이 진행됨 ⇒ 동일한 프레임 중복 수신
수신 호스트가 두 경우((a) 긍정 응답 분실, (b) 긍정 응답 도착)를 구분할 수 있도록 데이터 프레임별로 고유의 순서 번호를 부여하는 방식이 필요함
2.2 순서 번호에 의한 프레임 구분
순서 번호에 근거하여 동일한 데이터 프레임이 중복 도착여부를 확인 가능
서로 다른 데이터 프레임이 도착
3. 흐름 제어
-
수신 호스트가 감당할 수 있을 정도의 전송 속도를 유지하면서 데이터 프레임을 전송
-
너무 빨리 전송하는 경우
- 수신 호스트가 내부 버퍼에 보관하지 못할 수 있음
- 이는 프레임 분실과 동일한 효과를 야기함 -
기본 원리
- 수신 호스트가 송신 호스트의 전송 시점을 제어
- 대표적인 예: 슬라이딩 윈도우 프로토콜
03. 프레임
- 데이터 링크 계층 : 전송 데이터를 프레임Frame이라는 단위로 나누어 처리
- 전송프레임 : 체크섬Checksum, 송수신 호스트의 주소, 제어 코드 등 정보포함
- 내부정보를 표현하는 방식에 따라 문자 프레임과 비트 프레임으로 구분
1. 문자 프레임
- 내용이 문자로 구성
- 8비트 단위(또는 ASCII 문자 코드)의 고정 크기로 동작
1.1 프레임의 구조
- 프레임의 시작과 끝에 특수 문자 사용
- 시작 : DLE / STX
- 끝 : DLE / ETX - 전송 데이터에 특수 문자가 포함되면 혼선이 발생
1.2 문자 스터핑
- 문자 프레임의 전송 과정에서 제어 문자를 추가하는 기능
- 전송 데이터가 DLE 문자를 포함하면 뒤에 DLE 문자 하나를 강제 추가
- 데이터에 DLE 문자가 두 번 연속 있으면 하나의 DLE 문자 삭제
2. 비트 프레임
- 프레임의 시작과 끝 위치에 플래그라는 특수하게 정의된 비트 패턴(01111110)
을 사용해 프레임 단위를 구분
2.1 프레임의 구조
- 데이터 전송 전에 프레임의 좌우에 플래그를 추가, 수신 호스트는 이 플래그를
제거해 전송 데이터와 필요한 제어 정보를 상위 계층 전달
2.2 비트 스터핑
- 전송 데이터에 플래그 패턴이 포함되면 혼선이 발생
- 송신 호스트 : 전송 데이터가 1이 연속해서 5번 발생하면 강제로 0을 추가
- 수신 호스트 : 송신 과정에 추가된 0을 제거하여 원래의 데이터를 상위 계층 전달
04. 다항 코드
- 오류를 극복하는 방법
- 전송 프레임에 오류 검출 코드를 넣어 수신 호스트가 전송 과정의 오류를 검출
- 순방향 오류 복구FEC, Forward Error Correction : 오류 복구 코드를 사용해 수신 호스트가 오류 복구 기능을 수행하는 방식
1. 오류 검출
- 역방향 오류 복구BEC, Backward Error Correction (ARQAutomatic Repeat reQuest 방식): 재전송 방식을 이용해 오류 복구(네트워크에서 일반적으로 사용)
1.1 패리티 비트
- 1 바이트(8비트) = 7 비트 ASCII 코드 + 1 패리티 비트
- 짝수 패리티 : 데이터 끝에 패리티 비트를 추가해 전체 1의 개수를 짝수로 만듦
- 홀수 패리티 : 1의 개수를 홀수로 만드는 것
- 송신 호스트와 수신 호스트는 동일한 패리티 방식을 사용해야 함
1.2 블록 검사
- 짝수개의 비트가 깨지는 오류를 검출
- 수평, 수직 방향 모두에 패리티 비트를 지정
2. 다항 코드
2.1 생성 다항식
- 생성 다항식
- 계수가 0과 1인 다항식 형태를 기반
- 다항코드 100101 = 1×x5 + 0×x4 + 0×x3 + 1×x2 + 0×x1 + 1×x0 = 생성 다항식 x5 + x2 + 1
- 전송 데이터 : m비트의 M(x)
- n+1비트의 생성 다항식 G(x)를 사용해 오류 검출 코드를 생성, 오류 제어
- 전송 데이터 M(x)를 생성 다항식 G(x)로 나누어 체크섬Checksum 정보를 얻음
- 연산에서 얻은 나머지 값을 체크섬이라 함
- 체크섬 계산인 나누기 과정에서 발생하는 다항 연산은 모듈로-2 방식
- 덧셈과 뺄셈은 배타적 논리합 연산과 동일한 결과를 얻음
- 수신 호스트는 전송 오류가 발생했는지를 판단하기 위해 수신한 m+n비트의 데이터를 생성 다항식 G(x)로 나누는 연산을 수행
- 나머지가 0 : 전송 오류가 없음
- 나머지가 0이 아님 : 오류가 발생했다고 판단
2.2 체크섬의 예
- 생성 다항식 G(x) = x5 + x2 + 1
- 전송 데이터 : 101101001
- 체크섬
- 계산을 통해 얻은 나머지 00010
- 송신데이터 : 10110100100010
- 국제 표준으로 이용되는 생성 다항식
늦더라도 한 발짝씩 나아가는 컴공생