WAN에서의 데이터링크 계층

HDLC란...

HDLC란 WAN에서 주로 사용되는 프로토콜로, ISO 표준으로 정한 대표적인 데이터 링크 프로토콜이다.

point to point 또는 Multipoint에서 데이터를 오류없이 송수신하는 기능을 정의한다.

 

링크 구성 

HDLC의 링크구성은

- 정규 응답모드(NRM)

- 비동기 균형모드(ABM)

- 비동기 응답모드(ARM)

이 있다.

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정규 응답모드(NRM)은 ..

주국이 세션을 열고 종국은 단지 응답만 하는 모드이다.

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비동기 균형모드(ABM)은..

균형적인 링크로, 서로 각자의 명령과 응답을 하여 동작한다. 

따라서 상대방의 승인없이 전송을 개시할 수 있다.

전이중 방식에서 가장 효과적이다.

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비동기 응답모드(ARM)dms..

종국이 주국의 승인없이 명령을 전송할 수 있다.

주국이 회선, 전송개시, 오류제어복구를 제어할 수 있다.

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HDLC의 프레임을 알아보자..

HDLC 전송에 사용되는 단일한 프레임 포맷으로..

구조는 Header + Data + Trailer 로 이루어진다.

 

헤더를 살펴보면..

Header : Flag + Address + Control 로 이루어진다.

 

Data는 말그대로 전송하고 싶은 정보가 담겨있다.

 

트레일러를 살펴보면

Trailer : FCS + Flag

 

즉 상세한 구조로 풀어보면

Flag + Address + information + FCS + Flag 가 된다.

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Flag는 어떤 기능을 할까..

특정 비트패턴(01111110)으로 프레임을 구분하는 기능을 하며, 송신스테이션이 송신 시 추가한다.

수신 스테이션이 수신시 지속적으로 Flag를 검출하며, 프레임 동기화를 실천한다.

 

Address는 어떤 기능을 할까..

가변크기와 secondary station 수가 많을 경우 주소영영기 확장될 수 있다.

주소의 마지막 바이트의 맨앞 비트가 '1'일 경우 마지막 바이트라는 의미로, 

계속 확장될 수 있는 기능에서 순서를 구별할 수 있도록 한다.

(만약 301번쨰 컴퓨터일경우 01이 된다.)

 

Control은 어떤 기능을 할까..

Control에는 3가지 프레임 유형이 있는데

1. information frame

2. supervisory frame

4. unnumbered frame

이렇게 3가지 이다.

 

information frame은 어떤 역할을 할까..

information frame은 데이터를 전송할 때 사용하는 프레임으로 piggybacking 응답을 포함한다.

 

Supervisory frame은 어떤 역할을 할까.

Supervisory frame은 흐름제어와 오류제어용으로 사용하는 프레임이다.

 

Unnumbered frame은 어떤 역할을 할까..

Unnumbered frame은 링크 설정, 링크 해제, 모드 셋팅 등 제어용 프레임이다.

 

 

이제 LAN에서의 데이터링크 계층을 알아보자..

 

LAN에서는 네트워크 , LLC, MAC, 물리 이렇게 총 4가지 계층으로 이루어진다.

 

그 중 LLC 계층은 공통으로 작업해야하는 영역을 포함한다.

MAC 계층은 따로 작업해야할 필요가 있는 영역을 포함한다.

 

네트워크의 6가지 위상(토플로지)를 알아보자 

위 사진을 보면 알 수 있듯,

1. Line

2. Tree

3. Bus

4. Ring

5. Star

6. Mesh

이렇게 6가지 위상을 가지고 있다.

(요즘은 LAN 구축을 위해 주로 Star형을 사용한다.)

 

이제 각 위상의 특징을 알아보자..

이렇게 특징이 있다.

각각의 특징을 이해해 보자..

1. Line의 경우 한줄로 이어져 있기에 하나의 노드가 고장나면 불통이 되는 문제가 발생한다.

2. Tree의 경우 노드가 다시 2개의 노드로 연결되는 형태기 때문에 많아질수록 성능이 저하 될 수 있다.

3. Bus의 경우 각 노드가 공통의 링크를 통해 이어져 있기 때문에 규모가 커지면 

공용으로 사용하는 링크를 사용하기 힘들어지기 때문에 성능이 하락한다.

4. Ring의 경우 모두 양쪽의 노드와 이어져 있기 때문에 균등하고 한방향으로 전송시 충돌하지 않는다.

5. Star의 경우 하나의 노드가 다른 노드들 중앙에서 연결하고 있기 때문에 중앙노드 문제는 전체로 영향을 준다.

6. Mesh의 경우 모든 노드가 서로를 연결하기 때문에 설치, 추가, 제거가 어렵고 비용이 비싸지만 노드 장애에도 

큰 영향이 없이 사용이 가능하다는 점이 특징이다.

 

MAC 계층에서의 이더넷을 알아보자..

맥 계층에서의 이더넷에는 Bus형과 Star 형이 있는데..

이중 Bus 형을 알아보자

 

이더넷에서의 LAN 구성은 다음과 같다,

 

허브는 Bus형으로 데이터 전송이 가능한데, 즉 모든 켬퓨터들을 하나의 전송로 상으로 공유해서 연결한다.

 

하지만 만약 a와 b가 동시에 프레임을 송신하는 경우 어딘가에서 충돌이 발생할 수 있다.

충돌이 발생하면 프레임이 손상을 입고 이는 곧 에러발생으로 이어지고 재전송이 필요해진다.

 

그렇다면 이런 문제를 해결하기 위해 어떤 방식이 존재하는지 알아보자..

 

그 전에 충돌방지 전략에서 가장 중요한 역할을 하는 고유 MAC 주소를 알아보자

위 사진처럼 모든 통신 장비는 반드시 MAC 주소를 가진다.

맥주소는 랜카드에 물리적으로 세팅이 되는데,

맥주소의 구조를 자세히 살펴보면 

맥주소는 총 48비트이다.

 

맥주소를 반으로 나누어 왼쪽 에는 IEEE에서 승인한 맥주소를,

오른쪽에는 회사에서 제조한 랜카드의 일련번호를 넣는다.

따라서 각 통신장비의 맥주소는 -> 유니크하다.

그리고 이 특성은 뒤에 설명할 충돌방지 전략에서도 매우 중요한 역할을 한다.

 

충돌방지 전략

CSMA/CD(이더넷 802.3)

A에서 프레임을 전송 -> 전송지연시간 이후 B근처에 도달-> B에서 프레임 전송 -> 충돌

이 상황에서 더 가까운 B는 충돌을 감지하고 A에게 Jamming신호를 전송한다.

 

즉 모든 스테이션들이 프레임을 전송하기 전에 캐리어를 센싱(매체에 흘러다니는 신호를 센싱 → 여러 개들이 동시에 보낼 수 있기 때문에 센싱으로 충돌이 안일어났을 때 전송) → 전송 후에도 발생여부를 체크해야한다.(충돌 탐지)

 

대표적인 경쟁 기반 프로토콜이다.

다음은 Jamming 신호가 발생한 후 의 상황을 알아보자.

 

A가 Jamming 신호를 수신하면 재시도한다.

하지만 재시도를 했음에도 또 충돌했다면 "back off" 전략을 사용한다

 

Back off : 충돌 발생 후 A와 B 둘다 똑같은 시간을 쉬는 게 아닌 휴식시간을 서로 다르게 기다리고 재시도하는 방법이다.

 

최선의 백오프 전략

위에 사진처럼 첫 충돌이후 0, 1 범위에서 k를 선택하여 대기시간을 구한 후 재시도한다.

만약 또 충돌이 발생하면 범위를 점점 늘려 대기시간의 차이를 둔다.

 

다음은 토큰링 방식이다.

토큰링 방식은 전송하기 위해 경쟁하지 않는 방식이다.

토드들은 통신하기 위해 토큰이 반드시 필요하고, 이 토큰을 가진 토드만

통신할 수 있는 방식이다.

만약 노드가 더이상 보낼 프레임이 없다면 다음 노드로 전송한다.

과정을 좀 더 자세하게 살펴보면...

1번 과정에서 2번 노드는 토큰을 소유하고 있다, 따라서 프레임을 전송이 가능하다.

떄문에 2번은 4번에게 프레임을 전송한다.

4번은 프레임을 수신한후 응답 프레임을 2번 노드로 패싱한다.

이를 2번이 수신후 더이상 송신할 프레임이 없자 3번에게 노드를 전달한다.

 

토큰링 방식의 특징은 공평함이다. 예약을 통해 충돌회피 방식을 진행하기 때문에 어느 누가 더

송신을 많이 하거나 충돌이 발생하는 등의 문제가 발생하지 않는다.

 

토큰 버스 방식

토큰 버스는 토큰링과 비슷하게 전송한다.

하지만 다른 점은 물리적으로는 버스구조를 이루고 있다는 점이다.

 

 

LLC 계층에 대해서 알아보자

이더넷의 프레임 제어 및 관리

 

다음은 이더넷의 프레임 구조이다.

 preamble : 프레임의 첫부분으로 7바이트를차지한다. 10이 7번 반복된다.

start : pr9eamble 다음 11이 나오고 시작을 의미한다.

MAC주소(48비트): 6+6바이트로 맥주소를 의미한다.

Length : 2바이트

데이터+ 패딩 : 전송하고자 하는 데이터

FCS: 마지막, 4바이트를 차지함, CRC-32

즉 이런 구조를 한번에 보면 

이런 구조의 프레임을 버스형 구조를 통해 CSMA/CD 방식으로 송/수신한다.

 

다음은 LLC계층의 토근버스의 프레임 제어 및 관리를 살펴보자..

비슷한 구조로 이루어 져있다,

Start 다음에 Frame control은 1바이트를 차지하고.

보내는 프레임의 종류에 따라 T부분에 숫사를 변경하여 프레임을 결정한다.

 

112가 90으로 전송 - > 90이 70으로 전송 - > 70이 112로 데이터전송, 토큰을 45로 전송하는것을 볼 수 있다.

 

데이터링크 계층의 대표장비..

대표장비에는 브릿지, 스위치가 존재한다,

 

그 중 스위치에 대해서 자세히 알아보자

 

위 이미즌ㄴ 스위치 허브에 대한 설명이다..

스윛 허브는 각 포트에 넘버가 부여되어 있다, 이를 이용해 각 단말의 송/수신의 충돌을 방지한다.

 

과정을 자세히 살펴보자.

각 2방향으로 나누어 생각해보자

1. B -> A로 수신하는 경우: 스위치 회로에서 A로 연결

2. C -> D로 수신하는 경우 : 스위치 회로에서 D로 연결

위 과정이 동시에 진행되더라도 포트번호를 이용해 스위칭해주기 때문에 충돌이 일어나지 않는다.