데이터링크 제어

데이터링크 제어(회선 제어, 흐름 제어, 오류 제어) 정리

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1. 데이터링크 제어의 개념

• 전송(Transmission): 신호를 변형 없이 목적지까지 보내는 것(OSI 1계층, 물리 계층)
• 통신(Communication): 신호의 의미를 이해하는 것(OSI 2계층, 데이터링크 계층부터)
• 데이터링크 계층에서는 회선 제어, 흐름 제어, 오류 제어가 핵심이다.

2. 회선 제어(Line Control)

• 여러 디바이스가 하나의 링크를 사용할 때, 누가 언제 링크를 사용할지를 결정해 충돌을 방지한다.

방식	설명	특징/예시
경쟁(Contention)	제어자 없이 먼저 송신 요구한 장치가 송신 권한을 가짐	Peer-to-peer, ALOHA
폴/셀렉션(Poll/Selection)	Master(Primary)가 Slave(Secondary)에게 발언권을 주는 방식	Master-Slave, Polling/Selection

• Polling: Master가 각 Slave에게 "보낼 데이터 있냐?"고 물어보고 있으면 Slave→Master로 데이터 전송
• Selection: Master가 특정 Slave에게 "데이터 보낼 테니 준비하라"고 알리고 Master→Slave로 데이터 전송

3. 전송 제어 절차 5단계

1. 회선 연결: 물리적 회선 접속(전화기 다이얼 등)
2. 데이터링크 확립: 논리적 경로 구성(상대방 확인)
3. 데이터 전송: 실제 데이터 송수신(흐름/오류 제어 포함)
4. 데이터링크 해제: 논리적 경로 해제
5. 회선 절단: 물리적 접속 해제

4. 흐름 제어(Flow Control)

• 송신 속도가 수신 측 처리 속도를 초과하지 않도록 조절하여 수신 버퍼 오버플로우를 방지한다.

방식	설명	특징/적용 환경
정지-대기(Stop-and-Wait)	한 번에 1프레임 전송, ACK 받으면 다음 프레임 전송	단순, 효율↓, 지연↑
슬라이딩 윈도우(Sliding Window)	한 번에 여러 프레임 전송, 윈도우 크기만큼 ACK 없이 전송 가능	효율↑, 전송지연 긴 선로에 적합

• 윈도우 사이즈: 수신기가 한 번에 저장할 수 있는 최대 프레임 수(버퍼 크기)
• ACK Number: 수신기가 다음에 받고자 하는 프레임 번호를 송신기에 알려줌(이전까지는 모두 잘 받았다는 의미)
• 송신기는 프레임을 보낼 때마다 왼쪽 경계를 이동, ACK 수신 시 오른쪽 경계를 이동한다.

5. 오류 제어(Error Control)

• 전송 중 발생한 오류를 검출(Error Detection)하고, 필요시 정정(Error Correction)한다.

오류 검출 방법	설명	특징/적용
패리티 체크(Parity)	1비트 리던던시로 1의 개수 홀/짝수 맞춤(odd/even)	단순, 검출력 약함
2차원 패리티	행/열 방향 두 번 패리티 체크	검출력 향상
CRC	다항식 기반 리던던시, 수학적으로 강력한 오류 검출	데이터링크 계층 표준
체크섬(Checksum)	모든 데이터를 더한 값(합계)으로 오류 검출	네트워크/전송 계층 등
기타(정마크, 군계수)	특정 비트 개수 일정, 1의 개수 등	실무 적용 적음(기사 대비용)

오류 정정 방식

구분	설명	예시/특징
ARQ (Automatic Repeat reQuest)	오류 검출 시 재전송 요청 Stop-and-Wait, Go-back-N, Selective Repeat	데이터 통신 표준 효율성/구현 난이도에 따라 선택
FEC (Forward Error Correction)	리던던시로 수신 측에서 직접 오류 정정(Hamming, BCH, Reed-Solomon)	실시간/재전송 불가 환경 해밍 거리 공식: 2t+1 이상이면 t개 오류 정정

• ARQ 주요 방식:
  • Stop-and-Wait ARQ: 한 프레임씩, ACK 없으면 재전송
  • Go-back-N ARQ: 여러 프레임 전송, 오류 발생 시 해당 프레임 이후 모두 재전송
  • Selective Repeat ARQ: 오류 프레임만 재전송(효율↑, 구현 복잡)
• FEC 주요 코드: Hamming Code(1비트 오류 정정), BCH/Reed-Solomon(다중 오류 정정)
• 해밍 거리(Hamming Distance): 부호어 간 다른 비트 수, 2t+1 이상이면 t개 오류 정정 가능

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정리

데이터링크 계층은 회선 제어, 흐름 제어, 오류 제어를 통해 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.
각 제어 방식의 원리, 동작 절차, 장단점, 실제 적용 예시를 정확히 이해하는 것이 중요하다.