11장. 데이터 링크 프로토콜

회선제어방식

종류

회선경쟁선택 시스템(contention-based system)

폴링/셀렉션(Polling/Selection)

 

결정요소

통신회선의 배치구조
트래픽 레벨
응답시간

 

특징

터미널들은 회선의 제어를 위하여 서로 경쟁
터미널이 회선에 대한 제어권을 획득하게 되면 회선은 해당 터미널에 의해서 점유
점대점(point-to-point)방식에서 주로 사용
일반 전화회선과 유사한 방식

회선경쟁방식

장점

회선제어 형태 중 가장 간단한 방식
위성통신과 같은 전파지연시간(propagation delay time)이 큰 통신망에서 효율적

 

단점

회선을 점유한 터미널이 실제로 데이터를 전송하고 있지 않아도 오랫동안 회선을 점유
=> 트래픽이 많은 네트워크에서는 비효율적
멀티 포인트 회선 네트워크에서 두 개의 터미널이 동시에 회선 점유를 요청하는 경우 문제가 발생
=>회선경쟁선택 방식은 주로 점대점(point-to-point) 네트워크에서 사용된다

 

CSMA/CD

반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지
LAN을 제어 하기 위한 매체 접근 제어 방식(Ethernet, IEEE 802.3)

 

 

폴링/셀렉션

호스트와 터미널은 주ㆍ종관계
셀렉션 : 전송할 데이터가 있을 때 수신준비를 하라는 것
※ 위 두 동작의 주국은 호스트가 되며, 종국은 터미널임

 

특징

네트워크는 멀티포인트(Multi-point) 형식의 구도
호스트는 한 시점에 하나의 터미널과 통신하게 되어있고, 
터미널은 호스트의 폴링/셀렉션에 의해서만 동작
터미널간의 충돌은 호스트가 관리
호스트는 터미널에게 가변적인 우선순위를 부여
우선순위는 주소의 순서와 빈도수에 의해 결정
관리자는 이 값을 임의로 조정

 

폴링
호스트는 터미널에게 전송할 데이터가 있는지 폴링을 수행
대상 터미널이 데이터가 없는 경우는 호스트에게 없음을 알리는 데이터 송신
이를 수신한 호스트는 다음 터미널에게 폴링을 수행
터미널이 전송할 데이터가 있는 경우, 호스트는 해당 터미널에게 점유권을 부여
점유권을 받은 터미널은 송신하고자 하는 데이터를 전송

 

셀렉션
셀렉션은 호스트가 터미널에게 보낼 데이터가 있는 경우에 수행
호스트는 전송할 데이터의 목적지로서 터미널을 선택
수신준비 하라는 데이터를 전달

터미널은 이에 수신준비가 되었다는 응답
호스트는 이 응답에 이어 실제의 데이터를 전송하기 시작

장점

호스트가 터미널 선택

터미널간의 충돌 없음
하나의 회선으로 여러 개의 터미널이 회선을 공유
회선비용 절감

 

단점
터미널에게 폴링을 수행하는 동안에 상당한 제어 오버헤드가 수반
터미널이 원하는 시간에 메시지를 보낼 수 없고 오직 셀렉션을 받은 다음에만 전송이 가능
터미널간의 충돌 없음
하나의 회선으로 여러 개의 터미널이 회선을 공유
회선비용 절감
즉각적이고 지속적인 연결을 원하는 응용프로그램에서는 사용이 곤란
위성 망과 같이 전파지연시간이 큰 네트워크에는 폴링/셀렉션에 지연되는 시간이 크기 때문에 비효율적
폴링 응용시스템에서는 모뎀의 동기지연시간이 너무 커져 이용자 응답시간이
상당히 길어지기 때문에 보통 4,800bps이상에서는 부적합

비동기 데이터링크 프로토콜

통신이 송신측과 수신측 사이의 기계적인 클록(clock)의 동기화 없이 이루어짐
송신측에서 프레임의 시작과 끝을 알리는 수신측과 약속된 비트 삽입

 

특징

송수신측간의 클록의 동기화가 불필요
프로토콜의 설계 단순
동기식에 비해 구현상의 비용절감 효과
전송 데이터의 시작과 끝에 시작 비트 및 정지 비트를 추가함으로써 데이터임을 구분

 

종류

XMODEM
YMODEM
ZMODEM
KERMIT

 

ZMODEM

CRC-32 에러 검출방식을 채택하여 에러검출이 뛰어남
처리속도가 빠름
송수신중에 끊긴 파일의 이어 받기 가능
선로 상태에 따라 패킷 크기를 자동 변경하여 통신의 정확성 및 안정성 최상

 

 

동기 데이터링크 프로토콜

비동기 전송에 비해 속도 면에서 우수

프로토콜
문자중심 데이터 링크 프로토콜
비트중심 데이터 링크 프로토콜

 

문자중심 데이터 링크 프로토콜 

BSC

다중점 접속을 지원하는 범용 데이터 링크 제어 방식
반이중 프로토콜
폴링/셀렉션 기반

 

기능
전송블록 형식화 : 블록들의 크기를 정하고 메시지들을 블록으로 나누기 위해 사용 (SYN, SOH, STX, ETB, ITB, ETX등의 제어문자)
스테이션 간의 대화 : 데이터의 반이중 교환을 제어하기 위해 사용(ENQ)
투명 모드제어 : 임의의 데이터에 제어문자들의 비트 패턴을 포함하여 전송할 때 구분하기 위해 사용(DLE)

 

데이터 프레임

기본데이터 프레임
동기문자 (SYN : SYNchronous) : 수신측에게 새로운 프레임의 도착을 알리고 송신측과의 타이밍을 맞추기 위해 수신 장치에 의해 사용되는 비트 패턴을 제공
시작문자 (STX : Start of TeXt) : 제어정보가 끝났으며 다음 바이트는 데이터라는 것을 의미
종료문자 (ETX : End of TeXt) : 문서의 끝을 나타내며 제어문자로의 전이를 의미
블록검사계산 (BCC : Block Check Count) : 하나 이상의 문자로 오류검출을 위해 사용

헤더를 포함한 데이터 프레임

데이터 투명성 제어
바이트 스터핑(Byte stuffing)
DLE문자를 적절한 위치에 채움
텍스트 블록의 끝을 식별할 수 있는 방법이 필요
−ETB, ETX 그리고 ITB에 대한 투명 모드에 대응
−데이터 필드 앞에 DLE ETB, DLE ETX 그리고 DLE ITB를 정의
송신측은 텍스트 블록에 포함된 임의의 DLE앞에 DLE를 삽입
수신측은 첫 번째 DLE는 무시하고 두 번째 DLE를 데이터로 취급

 

비트중심 데이터링크 프로토콜

HDLC(High-level Data Link Control)

모든 비트중심 데이터 링크 프로토콜의 모체

점대점 방식이나 다중점 방식의 통신 모두 지원

 

스테이션의 형식
주국(Primary Station)
−데이터 회선을 제어하는 스테이션으로서 채널상의 보조국들에게 명령프레임을 전송
−그 후 보조국의 응답을 수신
보조국(Secondary Station)
−주국으로부터 수신된 명령에 대해서 응답
−주국과 관계하는 세션은 오직 한개만 유지
−회선의 제어에 관한 일체의 책임은 없음
복합국(Combined Station)
−명령과 응답을 모두 발생할 수 있음
−복합국은 서로 연결된 대등장치 중 하나
−전송의 성격과 방향에 따라 주국 또는 보조국으로 수행

스테이션의 구성

비균형 구성(Unbalanced Configuration)
−각 보조국을 제어하고 동작상태 및 설정에 대한 명령을 발행하는 것이 주국의 책임
−하나의 주국과 하나이상의 보조국을 지원
−점대점/다중점, 반이중/전이중, 교환식/비교환식으로 동작
−하나의 호스트에 여러 개의 터미널이 연결되어 있음
대칭구성(Symmetrical Configuration)
−독립된 두 개의 점대점 비균형 스테이션 구성을 제공
−각 스테이션은 주국상태와 보조국 상태를 보유하며 논리적으로 두 개의 스테이션으로 간주
−주국은 명령을 채널의 반대쪽에 있는 보조국으로 전송하며 채널 반대쪽 의 주국이 이쪽의 보조국으로 명령을 보내기도 함
−스테이션은 주국과 보조국을 분리된 실체로서 모두 갖고 있지만 실제 전송되는 명령과 응답은 하나의 물리적 채널 상으로 다중화

균형구성(Balanced Configuration)
−오직 점대점으로만 접속되는 두개의 복합형 스테이션으로 구성
−반이중 또는 전이중, 교환 또는 비교환식으로 동작
−두 지국은 단일 회선으로 연결
−각 스테이션은 링크 제어에 대해서 동일한 책임을 갖음

 

통신의 동작 모드

일반 응답 모드
표준 주국-보조국 관계를 나타내며 보조국은 전송하기 전에 주국으로부터 명시적인 허가를 받아야 함
보조국은 허가를 받은 후에 응답 프레임 전송을 개시
그 응답 프레임은 데이터 포함 가능
보조국이 채널을 사용하는 동안 한두 개의 프레임을 전송
프레임 전송 후 보조국은 다시 허가를 기다림

비동기 응답 모드
터미널은 채널이 비사용 중일 때는 언제든지 사용권을 획득
주국-보조국의 관계가 바뀌지는 않음

 

비동기 균형 모드
복합국으로 구성
복합국은 상대와 동등한 권한을 갖는 스테이션
점대점 연결
전송시작을 위한 허가 불필요

 

프레임 형식

I-Frame : 사용자 데이터 전송 및 수신확인을 위해 사용
S-Frame : 수신확인, 전송 요청 등의 제어용으로 사용
U-Frame : 주로 링크제어용으로 사용되며 5개의 코드비트를 갖고 있어 25개의 명령과 응답으로 구성

 

 

플래그 필드
01111110의 8개의 비트로 구성
문자중심 데이터 링크 프로토콜인 BSC의 SYN과 같은 역할
제어용 문자이기 때문에 투명성 보장 필요

 

주소필드
항상 보조국의 주소

제어필드

 

HDLC의 동작과정

주국과 보조국 사이의 통신을 지원함과 동시에 보조국간의 통신도 지원

 

통신 모드
폴링/셀렉션
SABM(Set Asynchronous Balanced Mode)

 

 

데이터 투명성

정의
−데이터 내에 제어비트와 동일한 패턴이 존재할 경우 수신측이 해당 비트 패턴을 제어비트로 인식해서 프레임이 손실될 수 있는 문제를 해결하기 위해 비트 스터핑(Bit Stuffing)을 사용
송신측의 비트스터핑
−연속으로 다섯 개 이상의 1을 전송하려 하면 비트 스터핑을 수행
−다섯번째 1다음에 하나의 0을 삽입한다. 이는 원래의 6번째 비트와는 상 관없이 덧붙여 짐

 

데이터 투명성
수신측의 비트스터핑
−0 이후에 1이 연속적으로 5번 나온다고 하면 스터핑 루틴으로,
−7번째 비트를 조사한다. 7번째 비트가 0이라면 ③으로 1이라면 ⑥로,
−이전 5개의 1을 데이터로 받아들이고 현재의 0을 무시하고
−나머지 비트를 받아서 데이터로 처리
−비트 스터핑을 끝내고 수신 프레임을 계속 읽음
−8번째 비트를 봐서 0이면 ⑦로 1이면 ⑧로,
−플래그로 받아들이고 수신 프레임을 계속 읽음
−계속 읽어서 1이 15개 이상 나오면 휴지채널(idle channel)로 인식
−그러나 7이상 15 이하일 때는 중지상태(Abort)로 인식

 

HDLC 응용 프로토콜

LAPB
X.25를 지원하기 위해 사용
ITU-T가 권고
ISDN-B채널에 사용

LAPD
ISDN에서 데이터 링크 제어용으로 대역 외 신호방식으로 사용

 

LAPM
CCITT의 권고안 V.42에서 발표
하나의 블록은 128byte
수신응답 전에 최대 15개 블록 전송
비동기-동기 변환 및 에러검출, 재전송을 위한 설계
모뎀을 위한 단순화된 HDLC의 부분 집합

 

 

SLIP

RS-232 serial port를 통해 인터넷에 접속
IP 데이터그램을 캡슐화
데이터 투명성
특수문자 0xC0(END) 사용
IP 데이터그램 내의 0xc0는 0xdb, 0xdc로 변환한다.
0xdb는 0xdb, 0xdd로 변환하여 전송한다.

단점
프로토콜 Type필드가 없어 현재 사용중인 이더넷 프로토콜의 종류를 알려 줄 수 없음
=> 하나의 직렬회선 상에서 동시에 하나의 프로토콜밖에 사용할 수 없다.
에러제어에 대한 어떠한 코드도 삽입되지 않아 상위계층에서 신뢰성을 보장해 주어야 함
주소필드가 없어 사전에 상대국의 주소를 알고 있어야 함

 

 

PPP

직렬회선을 통해 통신

상대국과 LAN으로 연결된 것 처럼 행동
TCP/IP 네트워크 상으로 연결 시켜줌

특징
프로토콜 명시 가능
문자중심 비동기/비트중심 동기망 지원
LCP를 양단간의 다양한 이용한 협상 가능

데이터 투명성
비트중심의 동기식 망 : 비트 스터핑
문자중심의 비동기식 망 : 바이트 스터핑
0x7e는 0x7d 0x5e
0x7d는 0x7d 0x5d
0x7a는 0x7d 0x5a
0x20보다 작은 값(ASCII제어문자)은 무조건 바이트 스터핑을 거침
−예를 들어 0x08과 같은 경우에는 0x7d 0x28로 바뀜

장점
하나의 직렬회선상에서 다중프로토콜의 사용 가능
각 프레임에 CRC를 삽입하여 에러제어를 수행한다. 즉, SLIP에 비해 높은 신뢰성
NCP를 이용하여 IP 주소의 동적인 협상 가능
LCP을 통한 다수의 데이터 링크 옵션 협상 가능