기출 data link error control

문제: 데이터 전송 오류가 발견된 경우 Data Link Layer에서 오류 복구를 수행하는 절차에 대해 설명하시오. (25점)

1. 서론 (Introduction)

   • 데이터 링크 계층(Data Link Layer)은 OSI 7 계층 중 두 번째 계층으로, 물리 계층에서 발생할 수 있는 전송 오류를 검출하고 이를 처리하는 역할을 맡고 있습니다.
   • 이 계층에서의 오류는 일반적으로 비트 오류, 프레임 손실, 전송 중 끊김 등으로 발생할 수 있습니다. 이러한 오류가 발견되면, 데이터 링크 계층은 오류를 복구하기 위한 메커니즘을 사용하여 안정적인 데이터 전송을 보장합니다.

2. 오류 종류 (Types of Errors)

   • 비트 오류 (Bit Errors): 데이터 전송 중 비트가 변형되는 경우입니다. 이는 전자기 간섭이나 신호 손실 등으로 발생할 수 있습니다.
   • 프레임 손실 (Frame Loss): 특정 프레임이 손실되거나 손상되어 수신되지 않는 경우입니다.
   • 프레임 순서 오류 (Frame Sequence Errors): 프레임의 순서가 잘못되어 데이터가 잘못 조합될 때 발생합니다.

3. 오류 검출 방법 (Error Detection Methods)

오류 복구 절차에 앞서 오류를 검출하기 위한 방법이 필요합니다. 대표적인 오류 검출 기법은 다음과 같습니다.
• 패리티 비트 (Parity Bit): 전송되는 비트 수의 홀짝을 체크하여 오류를 검출합니다.
• CRC (Cyclic Redundancy Check): 송신 측에서 계산된 CRC 값과 수신 측에서 계산한 CRC 값을 비교하여 오류를 검출합니다. 매우 강력한 오류 검출 기법입니다.
• 체크섬 (Checksum): 전송된 데이터의 합을 계산하여 전송 중 오류를 확인하는 방법입니다.

4. 오류 복구 절차 (Error Recovery Procedures)

데이터 링크 계층에서 오류가 검출되면, 이를 복구하기 위한 여러 절차가 있습니다.

1) ARQ (Automatic Repeat reQuest)

ARQ는 오류 복구를 위해 가장 널리 사용되는 방식입니다. 데이터 전송에서 오류가 발생한 경우, 수신 측은 오류를 발견하고 송신 측에 재전송을 요청하는 방식입니다. ARQ는 다음과 같은 방식으로 구현될 수 있습니다:
• Stop-and-Wait ARQ: 송신자는 하나의 프레임을 전송한 후, 수신자의 응답을 기다립니다. 응답이 없거나 오류가 발생하면 재전송합니다.
• Go-Back-N ARQ: 송신자는 여러 개의 프레임을 연속적으로 전송하며, 수신자는 순차적으로 프레임을 받아 오류가 발생한 프레임부터 재전송을 요청합니다.
• Selective Repeat ARQ: 오류가 발생한 프레임만을 재전송하며, 이전에 수신된 프레임은 다시 전송하지 않습니다.

2) 전송 재시도 (Retransmission)

•	소실된 프레임 재전송: 수신 측에서 특정 프레임을 수신하지 못했거나 손실된 경우, 송신 측에서 해당 프레임을 다시 전송합니다.
•	오류 프레임 재전송: 수신된 프레임이 오류를 포함하고 있을 경우, 수신 측은 오류를 복구할 수 있도록 송신 측에 재전송을 요청합니다.

3) 혼잡 제어 (Congestion Control)

네트워크 상에서 오류가 지속적으로 발생할 경우, 이는 네트워크의 혼잡을 의미할 수 있습니다. 데이터 링크 계층에서는 혼잡을 제어하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.
• 슬라이딩 윈도우 기법 (Sliding Window Protocol): 송신자는 여러 개의 프레임을 보내지만, 수신자는 한 번에 한 프레임만 처리합니다. 송신자는 수신자로부터 응답을 받기 전까지 더 이상 프레임을 보내지 않습니다.

4) 타임아웃 (Timeout)

송신 측은 특정 시간 내에 수신 측으로부터 응답을 받지 못하면 해당 프레임에 대해 재전송을 시도합니다. 타임아웃을 설정하는 이유는 오류로 인해 응답이 없을 때 오류 복구를 빠르게 시작하기 위함입니다.

5. 오류 복구의 구현 예시 (Examples of Error Recovery Implementation)

   • HDLC (High-Level Data Link Control) 프로토콜에서는 오류 검출을 위해 CRC를 사용하고, ARQ 방식의 Go-Back-N을 통해 오류가 발생한 경우 프레임을 재전송합니다.
   • Ethernet은 CRC를 사용하여 오류를 검출하고, 오류가 발생한 패킷을 폐기한 후 재전송을 요청하는 방식으로 동작합니다.

6. 결론 (Conclusion)

데이터 링크 계층에서 오류 복구는 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위한 핵심적인 과정입니다. 다양한 오류 검출 기법(CRC, 체크섬 등)과 오류 복구 기법(ARQ, 재전송 등)을 통해 데이터의 정확성과 신뢰성을 유지할 수 있습니다. ARQ 방식은 가장 일반적인 오류 복구 방법이며, 이와 함께 타임아웃과 혼잡 제어 기능을 통해 안정적인 네트워크 통신을 제공합니다.

핵심 내용 요약

1.	오류 검출 방법: 패리티 비트, CRC, 체크섬.
2.	오류 복구 방법: ARQ (Stop-and-Wait, Go-Back-N, Selective Repeat), 전송 재시도, 혼잡 제어, 타임아웃.
3.	주요 프로토콜: HDLC, Ethernet.

이렇게 데이터 링크 계층에서의 오류 복구 절차는 네트워크의 신뢰성과 효율성을 높이는 중요한 역할을 합니다.