계층적 모델 구조(모듈화)

모듈화 개념

복잡하고 큰 시스템은 기능을 모듈로 분리하여 설계함

• 복잡한 시스템을 기능별로 모듈화하면 시스템 구조가 단순해짐
• 모듈은 독립적으로 동작하게 되지만 상호 유기적으로도 통합되어 사용되어야 하므로 모듈간의 적절한 인터페이스가 필요하게 됨

계층 구조

• 특정 모듈이 다른 모듈에 서비스를 제공하는 형식의 계층 구조
• 네트워크에서도 독립적인 고유 기능을 수행하는 모듈들이 상하 위의 계층
• 구조로 연결되어 동작
  • 상위계층은 서비스 요청 , 하위계층은 서비스 제공
• 장점
  • 전체 시스템을 이해하기 쉽고 설계 및 구현 용이
  • 모듈 간의 표준 인터페이스가 단순하면 모듈의 독립성을 향상시킬 수 있음
    • 이는 시스템 구조를 단순화 시키는 장점이 됨
  • 대칭 구조에서 동일 계층간의 인터페이스인 프로토콜을 단순화 시킬수 있음
  • 특정 모듈의 외부 인터페이스가 변하지 않으면 내부 기능의 변화가 전체 시스템의 동작에 영향을 미치지 않음

일반적인 계층 구조 모듈화

• 계층구조에서는 상위 계층이 하위 계층에 구현된 특정 서비스를 요청하는 방식으로 이동함
  • 하위 계층은 서비스를 직접 실행한 후 그 결과를 상위 계층에 제공
• 하위 계층의 실행 결과는 상위 계층에게 결과값을 직접 전달하거나 주변 환경 값을 변경하는 간접 방식으로도 진행됨
• 상하 계층에 인접한 모듈 인터페이스는 단순하게 구현해 모듈이 독립성을 지니고 전체 시스템의 구조를 단순하게 만들어 줌

통신 프로토콜의 전송 방식

• BSC보다 SDLC가 더 성능이 좋음

BSC : 문자 방식

• IBM에서 개발
• 컴퓨터와 단말기 간의 일정한 전송제어 문자를 사용하여 오류없이 전송해주는 프로토콜
• 전송 데이터의 처음과 끝에 동기를 위한 SOH,STX,ETX 등의 특수문자를 포함시켜 전송하는 방식
• 반이중 통신 방식만 지원
• 포인트 투 포인트, 멀티포인트 접속 방법, 전용 회선 형식, 교환 회선 형식 ,직렬 전송, 병렬 전송 지원
• Stop-and-wait ARQ의 에러 제어 방식을 사용

SDLC : 비트 방식

• 전송 데이터의 처음과 끝에 특수 플래그 문자를 포함시켜 전송하는 방식
• 대표적인 프로토콜 : SDLC, HDLC 프로토콜
• 단방향, 전이중, 반이중 통신 방식 지원
  • 단방향 : 데이터를 한쪽 방향으로만 전송
  • 전이중 : 데이터를 양쪽에서 동시 전송 예 ) 전화
  • 반이중 : 양방향으로 전송할 수 있지만 특정 시점에서는 한쪽 방향으로만 전송 예 )무전기
• Stop-and-wait ARQ의 에러 제어 방식을 사용
• 포인트 투 포인트, 멀티포인트 접속 방법, 전용 회선 형식, 교환 회선 형식을 지원

HDLC : 비트 방식

• 반이중, 전이중 방식 지원 및 고속 전송 가능
• 포인트 투 포인트, 멀티포인트 접속 방법, 루프 등 다양한 접속 방법을 지원
• 전송 효율의 향상, 신뢰성(오류적음)의 향상
• IBM의 SDLC 프로토콜을 토대로 OSI에서 개발
• 신뢰성이 높음
• X.25, ISDN의 D 채널 방식 등에 이용됨
• HDLC는 가장 대표적인 데이터 링크 프로토콜
• CCITT에서는 거의 유사한 LAPB(Link Access Procedure Balanced)를 개발하여 X.25패킷 교환망 표준 중 일부에 채택하여 사용

X.25

• 패킷 교환망에서 DEC(회선 종단 장치)와 DTE(데이터 단말 장치) 사이에 이루어지는 상호작용을 규정한 프로토콜 예) DTE는 컴퓨터,휴대폰, 단말기 DCE는 라우터,신호변환 장치
• 가장 일반적으로 사용되고 있음
• 세계적인 표준이 됨
• 네트워크 계층의 대표 프로토콜

HDLC 프레임의 구성

이미지출처 - 배움사이버평생교육원(신은섭교수 강의)

• Flag
  • 8bit
  • start flag 와 end flag가 있음
  • 프레임의 동기화를 맞추기 위해 사용
• Address
  • 1개 이상의 8bit로 전송할 목적지 주소를 가리킴
• Control
  • 8 또는 16 bit로 구성
  • 프레임의 종류를 나타냄
    • I 프레임(정보프레임): 데이터와 제어 정보가 들어있는 프레임
    • S 프레임(감독프레임): 정보 프레임에 대한 응답 기능을 하는 프레임
    • U 프레임(비번호 프레임): 연결 제어기능을 수행하는 프레임
• Data
  • 가변길이의 전송 데이터가 실리는 부분
• FCS
  • 16bit 또는 32bit 로 구성
  • 오류 검출 등에 사용

오류 제어

오류 형태

• 데이터 링크 계층에서 오류 제어 담당

오류 발생 유형

• DTE에서 발생하는 오류
• 통신 제어 장치에서 발생하는 오류
• 정보 전송 회선에서 발생하는 오류
• 정보 전송 장치에서 발생하는 오류
• 정보매체로 변화할 때 발생하는 오류
• 정보 발생지에서 발생하는 오류

오류 제어 방식의 종류

• Stop and Wait ARQ < Go-Back N ARQ < Selective ARQ
• 오류 무시
• 반향검사
• 전진 오류 수정(FEC)
  • 해밍 부호 검사(Hamming Code Check)
    • 1비트의 오류를 검출, 자동으로 정정해 주는 코드
    • 장점
      • 해밍 부호 검사 방식은 처리 속도가 빨라 실시간으로 처리 가능
      • 오류 검출 뿐만 아니라 정정도 가능
    • 단점
      • 중복 비트가 많이 필요해 전송 효율이 낮고 계산량이 많이 요구됨

• 검출 후 재전송(ARQ) 예) 문자 전송
  • 패리티 검사(Parity Bit Check)
    • 전송되는 문자마다 패리티 비트를 하나씩 추가해 짝수나 홀수 여부를 검사하는 방법
    • 홀수 패리티 방식 : 패리티 비트를 포함한 전송 문자 1의 비트수를 항상 홀수개로 유지
    • 짝수 패리티 방식 : 패리티 비트를 포함한 전송 문자 1의 비트수를 항상 짝수개로 유지
    • 정보 비트수가 적고 오류가 발생할 확률이 낮을 때 사용
    • 비동기 전송이나 문자 지향 동기 전송에 적합한 방식
    • 7비트나 8비트로 구성된 문자에 패리티 비트를 추가
    • 오류 비트가 홀수 개 발생하면 오류 검출이 쉽지만 짝수개는 어려움
      • 보완 : 블록 합 검사 방식
  • 블록 합 검사
    • 짝수 개 비트 오류를 검출할 수 없는 패리티 비트 검사를 개선한 방법
    • 동작 원리
      • 데이터 블록의 수평과 수직에 각각 패리티 비트를 추가하여 다수의 비트 오류를 검출
    • 단점 : 오버헤드가 심한 단점이 있음
  • 순환 중복 검사(CRC)

검출 후 재전송(ARQ, Automatic Repeat reQuest)

• 오류가 발생하면 수신 측은 송신 측에 오류가 발생한 사실을 알리고 오류가 발생한 프레임을 재전송할 것을 요구
• 송신 측은 전송중인 프레임을 기억해야 하므로 버퍼가 필요
• 후진 오류 수정 방식 또는 자동 반복 요청 방식이라고도 함
• ARQ 방식의 종류
  • 정지대기(Stop and Wait) ARQ
    • 형태가 가장 단순한 ARQ
    • 고속시스템에선 사용 안함
    • 수신측에서 응답을 받아야 전송할수 있는 방식이라 다른 방식보다 전송 효율 떨어짐
    • 데이터 전송 시 송신측에서 한번에 프레임 1개만 전송할 수 있으며, 수신 측에서는 다음 프레임을 맞게 전송하였는지 결정하여 송신 측에 통보
    • 프레임을 몇 개의 큰 단위로 전송할 때 효율적
    • 오류 복구할 때 정지 대기 방식과 하나의 매커니즘으로 구현
  • 슬라이딩 윈도(Sliding Window) 방식
    • 데이터를 전송할 때 송신 측은 한 번에 윈도 크기만큼 프레임을 연속해서 전송할 수 있음
    • 수신 측은 적잘한 간격으로 이 윈도 크기의 개수만큼 크기를 조절하여 송신 측에 통보
    • 흐름 제어 방식 중 가장 대표적임
    • 오류 복구 할 때 연속적 ARQ 방식과 하나의 매커니즘으로 구현
    • 송신 측 DTE가 ACK 신호를 기다리지 않고도 프레임을 계속 보낼 수 있음
    • 프레임의 순서 번호는 크기가 제한되어 있음 k비트 일때 순서 번호의 범위는 0부터 2k-1까지 이후부터는 다시 0부터 시작하는데 이때 2k-1을 윈도의 크기라 함
  • 연속적 ARQ(Go-Back N ARQ)
    • 프레임을 전부 보내고 오류난곳부터 보낸건 삭제하고 다시 오류난곳부터 보냄
  • 선택적 ARQ
    • Go-Back N 과 같지만 오류난곳만 다시 보냄
    • 실제로는 Go-Back N ARQ 방식을 더 많이 사용

전진 오류 수정(FEC, Forward Error Correction)

• 수신 측에서 오류가 있음을 발견하면 해당 오류를 검출할 뿐만 아니라 오류 수정도 가능한 방식
• 자기 정정 방식이라고도 함
• 장점 : 연속적인 데이터 전송 가능, 역채널을 사용하지 않음
• 단점 : 잉여비트에 의한 전송채널 대역이 낭비, 기기와 코드 방식 복잡함
• FRC 코드는 크게 블록코드와 콘볼루션 코드로 구분 됨
• 블록코드
  • 선형코드의 가장 대표적인 순회 코드(해밍 코드, CRC 코드, BCH, 코드)
• 콘볼루션 코드
  • 무선채널 상에서 에러 발생 확률이 높아 이를 제어하기 위한 부호화 방식
  • 시프트 레지스터를 사용하여 현재 및 과거 데이터를 이용하는 방식
  • 음성 같이 전송속도가 저속인 경우 많이 사용하는 방식(고속은 터보 코드를 사용)

서비스 프리미티브

일반적 개념

• OSI 기본 참조 모델에서 특정 계층의 상위 경계에서 사용자가 그 계층에 대해 서비스를 요청하고 제공받는 수단에 대한 추상적인 모형
• 추상적 개념 ,요구,지시,응답,확인의 4종류가 있음
• 계층 구조 프로토콜에서 하위 계층이 상위 계층에 제공하는 서비스의 종류
  • 연결형 서비스
    • 연결형 서비스를 이용하는 3단계 구성
    • 연결형 서비스의 프리미티브 종류 3가지 포함
  • 비연결형 서비스
    • 전송할 데이터가 있으면 각 데이터를 독립적으로 목적지 호스트로 전송
• 서비스 프리미티브의 기능
  • 연결 설정 요청 기능
  • 데이터 전송
  • 연결 해제 기능