[네트워크] 데이터 링크 계층과 주요 기능

데이터 링크 계층

Data Link Layer

• OSI 참조 모델 7계층 중 제 2계층
• 물리적으로 연결된 이웃 간 전송 데이터의 신뢰성을 제공
• 전송하는 데이터는 프레임이라는 논리적인 단위로 구성
• 프레임에는 주소, 길이, 오류 검출 등의 다양한 제어 정보가 포함

주요 기능

• 노드 대 노드 통신
• 전송 제어
• 흐름 제어
• 오류 제어
• 동기화

노드 대 노드 통신

• 이웃 노드 간의 데이터 링크를 설정
• 데이터 앞에 헤더, 뒤에는 트레일러를 추가
• 헤더와 트레일러에는 발신지 주소와 목적지 주소 등 정보가 들어 있음
• 수신 측의 데이터 링크 계층에서는 이 헤더와 트레일러를 삭제 후 수신 측의 상위 계층(네트워크 계층)으로 전달

전송 제어

• 데이터 전송의 신뢰성을 보장하기 위한 일련의 절차를 제어

장점

• 문자나 비트에 관계없이 전송 가능
• 연속적으로 전송하고 일괄적으로 응답이 가능해서 전송 능력을 향상 시킬 수 있음
• 전이중 방식으로 통신할 때는 역방향으로도 응다할 수 있어서 전송 능력 향상
• 오류 검출 가능

전용회선과 교환회선 제어는 다름

회선 접속 단계

• 정보를 전송하기 위한 직전 단계, 회선 접속이 필요
• 모뎀이나 DSU(Digital Service Unit) 등의 상태를 데이터 전송이 가능한 상태로 전환

데이터 링크 설정 단계

• 데이터의 송수신이 가능하도록 경로를 구성
• 방법 : 폴링과 선택
• 폴링 : 단말기에서 컴퓨터로 데이터를 전송하는 데 사용
• 선택 : 컴퓨터가 특정 단말기를 지정하여 데이터를 전송하는 데 사용, 데이터 앞에 특정 단말기를 지정하는 제어 문자를 포함

정보 전송 단계

• 데이터 링크가 확립 후 정보를 전송 시작
• 오류가 검출 되면, 정정하도록 제어하며 정보를 전송

데이터 링크 해제 단계

• 데이터 전송이 완료되면 그 내용을 수신 측에 알림
• 전송의 끝을 알려주는 EOT(End Of Transmission)를 문자로 송신
• 국(station)간의 논리적 연결을 절단

회선 절단 단계

• 연결된 회선을 절단

흐름 제어

• Flow Control
• 송신 측과 수신 측의 원활한 데이터 흐름을 위한 기능(전송 속도를 변경하고 데이터의 크기를 조절함)
• 단말 간 교착상태를 회피하기 위해 필요
• 흐름 제어 방식 : 정지 대기 방식, 슬라이딩 윈도 방식

정지 대기 방식

• 송신 측은 프레임 1개를 전송 후 수신 성공을 확인하면 다음 프레임을 전송하는 방식
• 수신이 시패하면 직전 프레임을 다시 보냄
• 흐름제어 방식 중 가장 간단한 방법
• 프레임의 크키가 클수록 유리하고 단거리 일수록 유리하다.

슬라이딩 윈도 방식

• 송신 측은 지정된 윈도 크기만큼 프레임들을 연속해서 전송하는 방식
• 송신데이터의 오류 및 소실 등을 모니터링하여 윈도의 크기를 가변
• 흐름 제어 방식 중에서 가장 대표적

오류 제어

• Error Control 
• 오류는 통신회선의 순간적인 절단(또는 단락), 잡음(noise)과 감쇄(distortion), 혼선, 지연, 찌그러짐 등 전기적인 신호 값이 환경의 영향을 받아 발생 
• 물리 계층에서는 데이터를 주고받기만 할 뿐 오류를 검사하지 못함 
• 오류 검출 및 수정/처리는 데이터 링크 계층에서 수행 
• 제어 방식 종류 : 오류 무시, 에코, 검출 후 재전송(ARQ), 전진 오류 수정(FEC)

오류 무시(Ignore) 

• 오류검출및수정방식이포함되지않음
• 일부 데이터의 소실이나 왜곡이 발생되더라도 운영에 큰 문제가 없을 경우 무시 
• 데이터의 안전성을 위해 일반적으로 동일 프레임을 여러 번 보냄
• 대표적 예 : 루프/에코 방식(Loop/Echo) 
• 루프/에코 방식 : 송신측에서 전송한 메시지를 수신측에서 다시 전송측으로 보냄. 송신측은 회신메시지와 전송 메시지를 비교하여 동일함을 판단

검출 후 재전송(ARQ: Automatic Repeat reQeust) 

• 수신 측에서는 받은 데이터에 대한 오류(이상)를 검출하여 결과를 회신하는 형태로 동작
• 정상 : ACK(ACKnowledgement) 회신
• 오류 : NAK(Negative AcKnowledgement) 회신
• 송신 측은 전송한 프레임을 기억해야 함
• 버퍼필요
•  버퍼의 크기는 프레임의 크기와 개수로 결정 
• 오류를 검출하는 방식 : 패리티 검사(Parity Bit Check), 블록 합 검사(BSC: Block Sum Check), 순환 중복(CRC: Cycle Redundancy Check) 등

전진 오류 수정(FEC: Forward Error Correction)

• 전송 프레임의 정보에 오류 검출과 복구를 위한 잉여 비트를 추가
• 데이터에 오류가 발견되면, 수정하여 데이터를 복원
• 연속적인 데이터 전송이 가능하며 역채널을 사용하지 않는다는 장점
• 단, ARQ 방식에 비해 복구를 위한 더 많은 추가 정보들이 포함되어야 함
• 오류 복구를 위한 하드웨어와 소프트웨어가 복잡
• 특정 비율 이상의 오류는 복구가 불가

동기화

• 송수신 측의 각 비트의 전송률과 전송 시간, 간격 등을 규정하는 약속
• 동기화는 데이터 통신 시스템에서 꼭 필요
• 송신 측에서는 비트를 구별하여 전송하는 데이터가 필요
• 예: RS-232C 통신의 Preamble
• Preamble -> 01111110 : 시작과 끝을 알리는 문자

 

감사합니다.

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