4. 데이터 전송 방식

윤주원·2023년 7월 11일

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컴퓨터 네트워크

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데이터 전송 방식

컴퓨터 네트워크를 통하여 자원 공유, 병렬 처리에 의한 성능 향상 및 중복 저장을 통한 신뢰성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

자원 공유
: 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어 등의 모든 물리적, 논리적 자원을 공유
자원 활용의 극대화
: 성능 향상 하나의 공유 시스템 버스에 메인 프로세서를 장착
: I/O장치의 처리 속도를 향상시키기 위해 I/O 전용 프로세서를 설치
신뢰성 향상
: 중요한 정보를 여러 시스템에 중복 저장하므로 데이터 복구가 용이
: 신뢰성의 향상 정도에 따라 시스템 성능이 저하될 수 있음

전송과 교환

교환 : 라우터에서 데이터를 어느 방향으로 전달할지를 선택하는 기능
전송 : 1:1로 직접 연결된 두 시스템 간의 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장

전송 방식의 종류

지리적 분포에 따른 분류 방식
: LAN (근거리 통신망), MAN (도시규모의 통신망), WAN (원거리 통신망) 등
데이터 전송, 교환 기술의 분류 방식
: 점대점, 브로드캐스팅 방식

데이터 전송 방식 : 점대점 방식

점대점 방식

교환 호스트가 송수신 호스트의 중간에 위치함 (스타형, 링형, 완전형, 불규칙형)
연결의 개수가 많아지면 성능은 유리하지만, 연결의 개수가 적어지면 전송 매체를 많이 공유해야 하므로, 네트워크의 혼잡도가 증가.

스타형

하나의 중개 호스트 주위로 여러 호스트를 일대일로 연결하는 형태
중앙 호스트의 신뢰성과 성능이 네트워크에 영향을 미침

트리형

중앙에 있는 스타 구조 주변에 위치한 호스트들을 중심으로 새로운 스타 구조가 확장되는 형태
중개 과정이 간단하지만, 중앙호스트에 문제가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 미친다.

링형

호스트의 연결이 순환고리 구조
모든 호스트가 데이터 전송과 교환 기능을 동시에 수행
토큰 (Token)
: 호스트 사이의 데이터 송신 시점을 제어하는 기능
: 데이터의 전송 권한을 의미하는 토큰을 확보,
: 데이터 전송이 완료되면 토큰을 다시 네트워크에 반환
하나의 호스트가 고장나면 전체 네트워크가 동작하지 않을 수 있음

완전형

– 모든 호스트가 다른 모든 호스트와 1:1로 직접 연결하는 방식
– 호스트의 수가 증가할수록 전송 매체의 수가 급격히 늘어남

불규칙형

– 연결 구조를 특정 패턴으로 분류할 수 없는 방식

데이터 전송 방식: 브로드캐스팅 방식

브로드캐스팅 방식

특정 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전달
LAN 환경에서 사용 (중개를 위한 교환 호스트 불필요)

버스형

전송 데이터를 모든 호스트에서 수신할 수 있음
충돌 (Collision)
: 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송할 때 충돌 발생
충돌 해결 방법
: 호스트의 전송 권한을 제한 (시간 할당 / 토큰 부여)
: 충돌 허용 (충돌 발생시 재전송, 이더넷의 CSMA/CD)
CSMA/CD 동작 과정(Carrier Sense Multi Access/Collision Detection)
Carrier Sense : 회선의 상태에 따라
Multi Access : 동시에 접근이 가능하면서
Collision Detection : 충돌을 검사하여 제어
장점
: 어느 한 기기가 고장 나더라도 다른 기기들의 통신에 영향을 미치지 않는다.
단점
: 호스트가 많아지면 충돌이 많아지고 효율이 떨어진다. 임의대기시간으로 인한 지연시간 예측 불가

링형

호스트를 순환 구조로 연결
송신 호스트가 전송한 데이터는 링을 한바퀴 순환한 후 송신 호스트에 되돌아옴
중간의 호스트 중에서 수신 호스트로 지정된 호스트만 데이터를 내부에 저장
데이터를 전송하기 위해서는 토큰 확보가 선행되어야 한다.

멀티포인트 통신

하나의 송신 호스트를 기준으로
: 수신 호스트 하나와 연결 : 유니포인트
: 다수의 수신 호스트와 연결 : 멀티포인트
송신 호스트가 한 번의 전송으로
: 수신 호스트 하나에만 데이터 전송 : 유니 캐스팅
: 다수의 수신 호스트로 전송 : 멀티 캐스팅
멀티 포인트 유니 캐스팅
: 하나의 송신 호스트를 기준으로, 다수의 수신 호스트와 연결되었고 (멀티 포인트)
: 송신 호스트가 한 번의 전송으로 하나의 수신 호스트에만 데이터 전송 (유니 캐스팅)
멀티 캐스팅
: 프로토콜 차원에서 지원하는 일대다 전송 기능
: 송신 호스트의 전송 요구 한번으로 모든 수신 호스트에 데이터를 전달

오류 제어

전송 오류의 복구

수신 호스트의 응답 프레임
: 데이터 프레임의 일부가 깨지는 변형 오류에 대해, 수신 호스트는 재전송을 요구할 수 있다.
송신 호스트의 타이머 기능
: 데이터 프레임을 전송한 후에 일정 시간 이내에 수신 호스트로 부터 회신이 없으면 타임아웃으로 간주하고, 프레임을 재전송한다.
순서 번호 기능
: 수신 호스트의 중복 데이터 프레임을 판별하기 위해 프레임 내부에 순서 번호를 기록하여 전송한다.

정상적 전송

: 송신 호스트가 전송한 데이터 프레임이 수신 호스트에 정상적으로 도착
:수신 호스트는 송신 호스트에게 긍정 응답 프레임을 회신

프레임 변형 오류

:프레임 변형을 탐지한 수신 호스트는 부정 응답 프레임을 전송
:송신 호스트는 원래의 데이터 프레임을 재전송한다.
:부정 응답이 없는 프로토콜에서는 타임아웃 기능에 따라 재전송을 수행한다.

프레임 분실 오류

: 송신 호스트는 데이터 프레임을 전송한 후에 특정 시간까지 수신 호스트의 긍정/부정 응답 프레임이 도착하지 않으면, 타임 아웃 기능에 따라 원래 프레임을 재전송

중복 수신 문제

: 긍정 응답이 사라지는 오류 발생시 타임아웃 기능에 따라 재전송이 진행
: 이 때, 수신 호스트는 재전송된 프레임인지, 다음 프레임인지 구분할 수 없음

프레임에 순서 번호를 부여하여 중복 여부를 판단할 수 있다.

흐름제어

수신 호스트가 감당할 수 있을 정도의 전송 속도를 유지하면서 데이터
프레임을 전송
너무 빨리 전송하는 경우
: 수신 호스트가 내부 버퍼에 보관하지 못할 수 있음
: 프레임 분실과 동일한 문제를 야기함
기본 원리
: 수신 호스트가 송신 호스트의 전송 시점을 제어
ex) 슬라이딩 윈도우 프로토콜

프레임

구조
프레임의 시작과 끝에 특수 문자 사용
: 시작 – DEL / STX
: 끝 – DLE / ETX
전송 데이터에 특수 문자가 포함되면 혼란이 발생할 수 있다.

문자 스터핑 (Character Stuffing)
문자 프레임의 전송 과정에서 제어 문자를 추가하는 기능
전송 데이터가 DLE 문자를 포함하면, 뒤에 DLE문자 하나를 강제 추가

비트 프레임

프레임의 시간과 끝 위치에 플래그라는 특수하게 정의된 비트패턴을 사용하여 프레임 단위를 구분 (01111110)

비트 스터핑 (Bit Stuffing)

전송 데이터에 플래그 패턴이 포함되면 혼란이 발생할 수 있음
송신 측 : 전송 데이터에 1이 연속해서 5번 나오면, 강제로 0을 추가
수신 측 : 송신 과정에서 추가된 0을 제거하여 원래의 데이터를 복원

다항 코드
오류를 극복하는 방법
전송 프레임에 오류 검출 코드를 넣어 수신 호스트가 전송 과정의 오류를 검출
순방향 오류 복구(Forward Error Correction)
: 오류 복구 코드를 사용해 수신 호스트가 오류 복구 기능을 수행하는 방식
오류 검출
역방향 오류 복구(Backward Error Correction, ARQ 방식)
: 재전송 방식을 이용하여 오류 복구
: 네트워크에서 일반적으로 사용된다.