데이터통신과 네트워킹6판

[데이터통신과 네트워킹 6판] 쉽게 이해하는 데이터 통신 핵심 요약: 인터넷부터 채널화 프로토콜까지

n_0_jun 2025. 3. 4. 14:00
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▪ 인터넷과 네트워크 구성 요소

  • 인터넷: 라우터나 스위치와 같은 연결 장치들로 결합된 네트워크들의 조합. 패킷이 한 호스트에서 다른 호스트로 이동하려면 여러 네트워크를 통과해야 합니다.
  • 노드: 컴퓨터와 라우터.
  • 링크: 랜 스위치, 광역망 광케이블, WAN 스위치 등.

▪ 데이터 링크 계층의 개요

  • 위치: 물리 계층과 네트워크 계층 사이.
  • 기능: 네트워크 계층에 서비스를 제공하고, 물리 계층에서 서비스를 받음.
  • 링크 유형: 점대점 링크(Point-to-Point Link), 브로드캐스트 링크(Broadcast Link).

▪ MAC 프로토콜

  • 네트워크 내 한 장치에만 접근 권한을 주는 규칙을 정의.
  • 전대점 링크(Point-to-Point Link)에서는 불필요 (두 장치 간 통신이기 때문).

▪ DLC 프로토콜 (Logical Link Control, LLC)

  • 주요 기능:
    • 프레이밍: 데이터를 프레임 단위로 분리.
    • 흐름 제어: 송신자가 너무 빠르게 데이터를 보내지 않도록 조절.
    • 오류 제어: 오류 검출 코드로 데이터 손실 방지.

▪ 프레이밍 (Framing)

  • 고정 크기 프레이밍: 모든 프레임이 고정된 크기.
  • 가변 크기 프레이밍:
    • 문자 지향(Character-oriented): ASCII와 같은 코딩 시스템 사용. 시작/종료 플래그로 프레임 구분.
    • 비트 지향(Bit-oriented): 비트 단위로 데이터 처리.

문자 지향 프로토콜 (Character-Oriented Protocols)

  • ASCII와 같은 코딩 시스템 사용.
  • 구조: 8비트 시작 플래그 + 문자 데이터 + 8비트 종료 플래그.
  • 바이트 스터핑: 플래그나 ESC와 동일한 패턴이 있을 경우 추가 ESC 바이트 삽입.

비트 지향 프로토콜 (Bit-Oriented Protocols)

  • 비트 스터핑: 데이터에서 01111110 패턴 방지를 위해 0을 추가.
  • 비트 언스터핑: 수신 측에서 추가된 0을 제거.

▪ 오류 제어 (Error Control)

  • 단일 비트 오류 (Single-bit error): 데이터 유닛의 한 비트 변경.
  • 연속 오류 (Burst error): 여러 비트 변경.

중복성과 코딩 (Redundancy and Coding)

  • 오류 검출/수정을 위해 추가적인 중복 비트 전송.
  • 일반적으로 오류 발생 시 데이터 폐기.

블록 코딩 (Block Coding)

  • 메시지 분할: k비트 데이터워드 + r개의 중복 비트 추가.
  • 코드워드: n = k + r.
  • 예) k=2, r=1 → n=3, 데이터워드 01 → 코드워드 011.

오류 검출 과정

  1. 수신자는 유효 코드워드 목록 보유.
  2. 전송 중 변경된 코드워드가 유효하지 않으면 오류로 간주.

해밍 거리 (Hamming Distance)

  • 두 단어 간 다른 비트의 개수.
  • 최소 해밍 거리 (dmin):
    • 오류 검출: dmin = s + 1 (s: 검출 가능한 오류 개수).
    • 오류 수정: dmin = 2t + 1 (t: 수정 가능한 오류 개수).

선형 블록 코드 (Linear Block Code)

  • XOR 연산으로 유효 코드워드 생성 가능.
  • 패리티 비트: 데이터 비트 합을 짝수(또는 홀수)로 만듦.

▪ 고급 프로토콜: HDLC와 PPP

HDLC (High-level Data-Link Control)

  • 프레임 유형:
    • I-프레임: 데이터와 오류 제어 정보 포함.
    • S-프레임: 흐름 및 오류 제어 전용.
    • U-프레임: 링크 관리.
  • 모드: 비동기 밸런스 모드(ABM) 일반적으로 사용.

PPP (Point-to-Point Protocol)

  • 기능:
    • 링크 설정 및 데이터 교환 협상.
    • 다양한 네트워크 계층 프로토콜(IP 등) 지원.
  • 구조: 플래그, 주소, 제어, 프로토콜, 페이로드, FCS.
  • 제한 사항:
    • 흐름 제어 및 정교한 주소 지정 미지원.
    • 손상된 프레임은 삭제.

▪ 임의 접근 프로토콜 (Random Access Protocols)

ALOHA

  • 순수 ALOHA:
    • 프레임 충돌 가능성 높음.
    • 최대 처리율: S = G ⋅ e^-2G (G: 부하).
    • 최대 처리율: Smax = 0.184 (G = 1/2).
  • 슬롯 ALOHA:
    • 전송 시간을 슬롯 단위로 분리.
    • 최대 처리율: Smax = 0.368 (G = 1).

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

  • 원리: 전송 전에 채널 상태 확인.
  • 취약 시간: 전파 시간(Tp).

CSMA/CD (Collision Detection)

  • 충돌 발생 시 재전송.
  • 최소 프레임 크기: 2 ⋅ 전파 시간 ⋅ 대역폭.

CSMA/CA (Collision Avoidance)

  • 무선 네트워크에서 충돌 방지.
  • 충돌 탐지 대신 사전 회피 전략 사용.

▪ 통제된 접근 프로토콜 (Controlled Access Protocols)

  1. 예약 (Reservation): 데이터 전송 전 예약 필요.
  2. 폴링 (Polling): 주 장치가 보조 장치에 전송 요청.
  3. 토큰 전달 (Token Passing): 네트워크를 논리적 링으로 구성, 토큰을 통해 통신.

▪ 채널화 프로토콜 (Channelization Protocols)

  1. FDMA (Frequency-Division Multiple Access): 대역폭을 주파수로 분할.
  2. TDMA (Time-Division Multiple Access): 시간 단위로 대역폭 분할.
  3. CDMA (Code-Division Multiple Access): 각 전송이 고유 코드로 식별.

마무리

위의 내용은 데이터 통신의 다양한 핵심 개념과 프로토콜을 다루며, 네트워크 통신 구조를 이해하는 데 중요한 지식을 제공합니다. 각 프로토콜과 메커니즘의 특징과 차이를 숙지하면 네트워크 설계와 분석에 더욱 능숙해질 수 있습니다.

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