Junodevv Blog

[Network] 3. 데이터 링크 계층 1

25 Sep 2023 - juno

#Network  #data-communication 

데이터 통신 강의 3주차 정리 데이터 링크 계층 1

3.1 데이터링크 계층 개요

데이터링크 계층

  • “노드와 노드간의 오류가 없는 데이터 전송“을 하기위한 목표로 전송규격을 정의
  • 상위계층(네트워크계층)에서 오루없는 물리계층 보이도록하는 역할을 함

image

    * hop-to-hop == node-to-node

데이터링크 계층의 핵심기능 6가지

  1. 오류제어: 전송장애가 발생하면 수신노드에서 오류를 탐지, 복구하는 기능
  2. 흐름제어: 수신처리 속도를 고려하여 수신기가 송신기의 전송속도를 제어하는 기능
  3. 프레임(Frame)관리: 프레임(전송단위)형식으로 전송할 데이터를 생성/관리하는 기능
  4. 물리주소 지정: 송신자와 수신자의 물리주소를 헤더에 지정

  5. 접근제어: 프레임을 전송하기 위해 물리계층으로 접근하는 제어 기능

     * 충돌이 발생하지 않게 하기위해 -> 1. 시간조절방법, 2. 트레일 사용여부확인
  6. 링크제어/관리: 링크를 생성/관리/삭제 하는 기능

3.2 오류제어

오류의 원인

  • 물리계층의 전송장애로 오류발생(신호감쇄, 왜곡, 잡음, 신호간섭 등)
  • 송신노드 또는 수신노드의 장애(고장)
  • 전송매체의 절단, 파괴 등의 장애
  • 저속 전송매체(ex UTP1)로 데이터를 빠른속도로 무리하게 송신하는 경우 (== 전송매체의 성능에 적합하지 않게 사용하는 경우)

오류유형

  • single bit error: 1비트만 에러
  • burst errors: 여러비트 에러

오류검출방법

  • Parity비트 검출법
  • 2차원 parity비트 검출법
  • Checksums 검출법
  • Internet Checksums 검출법
  • CRC(Cycle Redundancy Checks)

오류복구방법

  • 전방향 오류정정,FEC (수신측에서 알아서 복구)
    • Hamming 코드기법
    • binary convolutional codes
    • Reed-Solomon codes
    • …

  • 역방향 오류정정,REC (송신측에 에러응답프레임을 보내서 다시받음)
    • NAK: 재전송 요청 후 다시 수신해서 정정
    • Timeout: 응답을 못 받으면 다시 전송해 정정

3.3 오류검출

    1. Parity비트 검출법
    2. 2차원 parity비트 검출법
    3. Checksums 검출법
    4. Internet Checksums 검출법
    5. CRC(Cycle Redundancy Checks)

Parity bit 검출법

    에러가 별로 안나는 환경에서 사용

  • 데이터에서 1의 개수를 홀수(또는 짝수)로 맞추어 전송, 수신 후에 개수를 확인하는 기법

      - even parity bit
  - add parity bit

  ex1) 데이터 "1010011" - odd Parity일때 => parity bit == 1 -> 따라서, 1010011'1'
  ex2) ASCII 문자 'B'를 전송하는 경우 odd Parity bit =?
      'B' == 0x42 == 100 0010 -> 따라서, 1000010'1'

image

  • 문제점: 2비트 이상 오류(burst error)가 나면 검출 능력이 떨어짐

2차원 Parity bit 검출법

    1차원보다는 좀더 견고한 검출법

image image image

Checksum (1 byte) 검출법

  • 데이터를 1 Byte(블록)단위로 XOR연산을 하여 Checksum을 생성후 전송﹒수신후에 받은 데이터들을 동일하게 XOR연산하여 만든것과 Checksum Byte를 비교/확인하는 방법

image

Internet Checksum 검출법 (2Byte단위)

    - 3,4계층에서 사용
  • ones-complement addition 방식으로 계산
  • IP, TCP, UDP 에서 사용하는 오류검출방식 (-> 그만큼 성능이 좋음)
  • 수신측에서 Checksum했을 때 “FFFF” 가 나오면 오류없음

Pasted Graphic 5 image

CRC (Cyclic Redundancy Check) 검출법

  • 다항식의 원리를 이용한 방법
  • 수신 후 데이터 부분을 나누어 CRC를 생성하고, CRC필드값과 비교하여 동일하면 오류없음 틀리면 오류발생
  • 검출능력이 좋아서 대부분의 LAN(Ethernet)에서 사용된다.
  • CRC-16, CRC-32, CRC-12

image

3.4 오류복구/정정

역방향 오류정정

            재전송으로 오류를 해결
  1. Stop-and-wait ARQ: 프레임 1개를 전송할 때마다, ACK(응답프레임)를 기다림 장점: 정확하다. | 단점: 속도가 늦다.
  2. GO-back-N ARQ: 프레임을 계속 보내다가, NAK(부정응답프레임)가 온 이후의 모든 프레임을 재전송 단점: 중복으로 인한 효율성 저하
  3. Selective-rejeck ARQ: 프레임을 계속 보내다가, NAK(부정응답프레임)가 온 프레임만 재전송

전방향 오류정정

            재전송하지 않고 오류를 해결하는 방법 > (전송 프레임내에 부가정보를 추가하여) 수신된 프레임만 가지고 오류정정을 할 수 있는 방식 > > <b class="text-red">Hamming codes</b>

image

해밍코드(Hamming code)를 이용한 오류정정법

  • 해밍코드로 parity bit를 생성하는 과정

image

            - 총 비트 위치 == 12
            - Parity Position == 1,2,4,8
            - 원본 비트 Position == 3,5,6,7,9,10,11,12
  • 해밍코드로 오류를 검출하고 오류를 정정하는 과정

image

  • 모든 Parity가 0 이면 오류가 없는것 ( 그렇지 않으면 오류가 있는 것)
  • 위 사진에선 결과가 “0101”이므로 오류가 있는것
  • 오류있는 결과 “0101”을 10진수로 변환하면 ‘5’ 가됨 따라서, 5번째 비트에서 오류가 발생한것. -> 5번째 비트를 1에서 0으로 바꿔주면 오류가 정정된다.

3.5 흐름제어(Flow Control)

Feedback-based Flow Control

    1. Stop & Wait 흐름제어 기법
    2. Sliding Windows 흐름제어 기법

image

image

image

image

image

3.6 프레임 생성/관리

3.7 프레임

문자프레임(Character Frame)

image image

문자 스터핑(Character stuffing)

image

비트프레임(Bit Frame)

image

비트 스터핑(Bit stuffing)

image

3.8 주소 및 링크 제어 관리

점대점 링크, Point-to-Point 연결

방송용 링크, Broadcasting

멀티드롭 링크, Multi drop 연결