Data Link Control Protocols

Data Link Control Protocols

• 데이터를 전송하기 위해, control을 하기 위해, 물리적 층 위에 논리적 층이 추가되어야 한다.
  • L1 : physical layer
  • L2 : data link layer
    • point와 point 간의 신뢰성 있는 전송 보장
    • error control
    • flow control
  • L3 : network layer
    • routing
  • L4 : Transport layer
    • end와 end 사이 신뢰성있는 전송 보장
    • error control
  • L5 : session layer
  • L6 : presentation layer
  • L7 : application layer
• 하나의 링크를 통해 데이터의 교환을 다뤄야 함
  • frame synchronization 프레임 동기화
    • 언제 프레임이 시작되고 끝나는지 알아야 함
    • 수신 측이 받을 수 있는 속도보다 더 빠르게 보내면 안 됨
  • flow control 흐름 제어
  • error control
    • 에러를 감지하고 정정할 수 있어야함
  • addressing
    • 통신하는 대상이 여러개이므로 지칭할 수 있어야함
  • control and data
    • 수신측에서 control정보인지 data정보인지 구별할 수 있어야함
  • link management
    • 링크를 관리할 수 있어야 함

Flow Control

• transmitting entity는 receiving entity가 받는 것보다 더 빠르게 전송하면 안됨
  • receiver는 버퍼가 존재
  • 버퍼의 크기가 한정됨
  • 버퍼링 할 수 있는 능력보다 더 빠른 속도로 들어오면 버퍼가 넘침 → 오버플로우 발생 → 전송할 데이터 손실
  • 버퍼가 넘치는 것을 방지하기 위해 flow control필요
• 영향을 미치는 요소
  • 전송 시간 transmission time
    • 링크를 통해 프레임의 첫 번째 비트가 나가는 시간부터 마지막 비트가 나갈 때까지 시간
    • 프레임의 비트수가 많아질수록 길어짐
    • data rate가 짧을수록 짧아짐
    • 프레임의 사이즈와 data rate에 따라 결정됨
  • 전파 시간
    • 첫 번째 비트가 출발해서 도착할 때까지의 시간
    • 거리에 따라 결정됨
• 에러가 없으면 모두 수신
  • 에러의 종류 : 손실, 올바르지 않은 데이터 수신

Stop and Wait

• flow control의 가장 단순한 방식
• 데이터를 전송하고 전송할 데이터가 더 있더라도 수신 측에서 잘 받았다는 acknowledge가 올 때까지 기다림

1. source가 프레임을 전송
2. destination은 프레임을 받고 ACK로 응답
3. source는 ACK를 받기 전까지 다음 프레임을 보내지 않음

• 긴 메시지를 몇 개만 보낼 때 적합
  • 실제로 긴 메시지를 보낼 때는 여러 개의 블록으로 잘라서 전송
  • 작은 블럭으로 잘라서 보낼 때는 효율적이지 않음
  • 긴 프레임을 여러 개의 블록으로 나누는 이유
    • error control : 짧은 메시지가 성공적으로 전송될 확률이 높음
    • 효율성 : 에러가 일어났을 경우 긴 메시지는 재전송할 양이 많음
    • fairness 공평성 : 긴 메시지를 전송하면 끝날 때까지 다른 메시지를 전송할 수 없음

Stop and Wait Link Utilization

• 프레임 길이(전송 시간) : 1
• t0 : 프레임 첫 번째 비트가 출발한 시간
• a : 전파시간, 첫번째 비트가 receiver에 도착한 시간
• t0 + 1 : 프레잉의 마지막 비트가 출발한 시간
• t0 + 1 + a : 마지막 비트가 수신기에 도착
• t0 + 1 + 2a : ACK가 도착하는 시간
• 이용률 : 실제 데이터를 전송하는 시간
• 이용률이 클수록 좋음
  1. 프레임의 사이즈가 긴 경우
  2. 거리가 짧을 때
  3. data rate이 느릴 때(저속망에서 적합)
• 이용률 = t(frame) /( t(frame) + 2t(pmp)) = 1 / (1 + 2(t(pmp)/t(frame))) = 1/(1 + 2a)
• a = t(pmp)/t(frame)
• 이용률 증가시키려면 → frame길이를 길게, 저속망, propagation을 짧게, 거리를 짧게

Sliding Windows Flow Control

• ACK를 받지 않더라도 다수개의 프레임을 전송할 수 있도록 하는 것
• ACK를 받지 않고 전송할 수 있는 프레임의 수를 제한
• sequence number field
  • 보낼 때마다 증가
  • window사이즈는 2^k -1
• 양방향 링크이면 piggyback ACK가 가능
  • 데이터를 보내면서 ACK도 함께 보냄
• ACK종류
  • Positive
    • Receive Ready(RR)
    • Receive Not Readay(RNR)
  • Negative
    • Reject
    • Selective Reject

Error Control Techniques

• Error detection
• Positive acknowledgment
• Negative acknowledgment and retransmission
• Retransmission after timeout
• Lost frames
  • 프레임이 전송되지 않은 것
  • Time out
• Damaged frames
  • 에러 검출
  • 재전송 요청

Automatic Repeat Request (ARQ)

• 에러가 있는 프레임을 받은 경우 어떻게 action 할지
• 종류
  • stop and wait
  • go back N
  • selective reject

Stop and Wait ARQ

• Source가 하나의 프레임을 전송
• ACK를 기다림
  • positive 또는 negative ACK를 받을 수 있음
  • 또는 time out 되어 재전송할 수 있음
• ACK가 중간에 없어진 경우
  • 송신 측에서 time out이 되고 재전송
  • 수신 측에서 똑같은 것을 2개 받음
  • 이것을 방지할 방법이 필요
  • ACK0과 ACK1 번갈아 사용
• 장점 : 단순
• 단점 : 비효율적

Go-Back-N ARQ

Selective-Reject(ARQ)

High Level Data Link Control (HDLC)

• 가장 중요한 data link control protocol
• Station types
  • Primary : 주
  • Secondary : 종
  • Combined : pc와 pc 대등한 관계
• Link configuration 링크 구성 방법
  • Unbalanced : primary와 secondary 간의 통신
  • Balanced : 대등한 관계 combined station

HDLC Data Transfer Modes 전송 모드

Normal Response Mode(NRM)

• primary와 secondary 간의 전송 모드
• unbalanced configuration
• primary가 전송을 시작

Asynchronous Balanced Mode(ABM)

• 두 개의 스테이션 중 언제 전송을 시작할지 알 수 없음
• balanced configuration
• polling이 필요 없음

Asynchronous Response Mode(ARM)

• unbalanced configuration
• secondary도 primary의 허락 없이 전송할 수 있음

HDLC Frame Structure

• Flag : 8bit
• Address : 8bit, 8비트 단위로 확장 가능
• Control : 8 or 16비트
• Information : 가변적
• FCS : 16 or 32 비트
• Flag

Flag Fields and Bit Stuffing

• flag로 시작해서 flag로 끝남
• 01111110
• flag가 아닌데 flag와 같은 패턴이 올 수 있음
• 0을 삽입하여 방지
• flag가 아닌 다른 필드에서 1이 5번 나오면 0을 삽입하여 전송 : bit stuffing
• 수신 측에서는 1이 다섯 개 나오고 0이 나오면 0 제거

Address Field

• 8비트
• 확장 가능
• 첫 번째 비트가 0이면 Address Field가 계속됨
• 1이면 끝남
• 11111111이면 broadcast

Control Field

• 프레임의 타입
  • Information
    • 0 N(S) P/F N(R)
    • piggyback
  • Supervisory
    • 1 0 S P/F N(R)
  • Unnumbered
    • 1 1 M P/F M
• Polling 1 : 응답요청
• Final 0 : 응답
• 16비트
  • 7비트 sequence number사용할 때

Information and Frame Check Sequence(FCS) Fields

FCS : 에러 체크

HDLC Operation