[Week 7-1, 7-2] Data Link Control Protocols

Chap 7. Data Link and Control Protocols

 

---

< Data Link Control Protocols >

: directly connected, wire-like

: Losses, and errors

: no out-of-sequence frames

: 적용 - direct links, LANS, Connections across WANs

예) PPP, HDLC, Ethernet LAN, IEEE 802.11(Wifi) LAN

 

 

> Services

- Framing (Frame synchronization)

- Flow control

- Error control

- Addressing

- Control and data

- Link Maintenance

- Multiplexing

- Security: Authentication & Encryption

 

 

< Framing >

: Mapping stream of physical layer bits into frames

: Mapping frames into bit stream

: frame을 나눌 때 사용되는 방식

- Character Counts, Control Characters, Flags, CRC Checks

 

---

< Flow Control >

: transmitting entity가 receiving entity의 data를 over-whelm하지 않도록 보장하는 기술 

– The receiving entity는 전송을 위해 maximum data buffer를 할당 

– data가 수신되면, receiver 데이터를 higher-level software에 전달하기 전에 일정량의 처리를 수행

 

: Flow Control이 없다면 오래된 데이터를 처리하는 동안 receiver의 buffer가 차 overflow 발생

 

> Stop-and-wait flow control

> Sliding-window flow control

 

Model of Frame Transmission

---

< Stop-and-Wait Flow Control >

: Simple form of flow control

: 하나 보내고 대기 후 ACK 수신

 

Source가 frame을 전송

→ Destination은 frame을 받고 acknowledgement(ACK)를 Source에 전송

→ Source는 ACK를 받기 전까지 next frame을 전송 x

→ Destination이 꽉차면 ACK를 보내지 않음으로 flow를 조절

 

: source가 큰 데이터 블록을 더 작은 블록으로 나누고 많은 프레임으로 데이터를 전송
– receiver의 buffer 크기가 제한
– 전송 시간 ↑→ 오류 발생 가능성↑ → 전체 프레임 재전송
– shared medium에서는 일반적으로 한 station을 장시간 허용하지 않는 것이 바람직

 

→ 따라서 다른 sending station에서 긴 delay 발생

 

Stop-and-Wait Link Utilization (transmission time = 1; propagation time = a)

 

---

< Sliding Windows Flow Control >

: multiple numbered frames를 전송

: Receiver에 W(window: 동시에 보낼 수 있는 사이즈) 길이의 buffer 존재

: Transmitter는 ACK없이 최대 W frames 전송 → 모두 전송 후 ACK전송

: ACK에 예상되는 다음 frames 포함

예) RR3 → 3을 받을 준비 o → 0, 1, 2 받음

 

: Sequence number는 field 크기(k)로 제한

→ Frames are numbered modulo 2^k

→ Giving max window 최대 2^k – 1: 0 < W <= 2^k - 1

 

: Receiver가 추가 전송의 허용 없이 frame ACK 가능 (Receive Not Ready(RNR) - 더 이상 보내지마)

: 다시 시작하려면 일반 승인을 전송

 

: If have full-duplex link, can piggyback ACKs

예) A → B 데이터 전송 / B → A ACK전송 / B → A 데이터 전송 /  B → A ACK전송...

자원 낭비! → piggyback 사용 (ACK를 실어 데이터와 함께 전송)

 

*half-duplex: A → B로 보내기만 함, full-duplex: A ↔ B 모두 주고 받음

 

Sliding-Window Depiction

 

Example of a Sliding-Window Protoco

 

frame = window = 7, k = 3 → 7 = 2^3 - 1

1. sender는 0 ~ 6까지 전송 가능

2. 데이터 0, 1, 2를 전송하고 아직 3, 4, 5, 6은 전송 x

3. window 감소

4. 데이터 0, 1, 2에 대한 ACK수신(RR3) 후 ACK된 프레임만큼 윈도우 이동

 

---

< Error Control Techniques >

- Error detection → ACK를 다시 보냄

- Retransmission after timeout

- Positive acknowledgment - 잘 받은 것에 대한 ACK

- Negative acknowledgment and retransmission - 오버헤드가 클 때는 못 받은 것에 대한 ACK

예) 1~10 중 3만 못 받았을 때

- Lost frames: frame이 다른 쪽에 도착하는 데 실패

- Damaged frames: frame은 도착했지만 몇몇 bits에 오류 발생

- Automatic Repeat Request (ARQ)

 

 

< Automatic Repeat Request (ARQ) >

: 근거리, 불안정, 저전력, 효율적으로 가끔 통신, S/N이 약함

: 빠르게 전달하기 보다는 재전송이 목표

: Collective name for error control mechanisms

: unreliable data link를 reliable하게 변경해 준다

 

> Stop-and-wait ARQ

> Go-back-N ARQ

> Selective-reject ARQ

---

< Stop-and-wait ARQ >

1. Source가 single frame을 전송 (TX)

 

2. Receiver는 ACK 대기 (RX)

: destination의 reply가 도착하기 전까지는 어떤 데이터도 전송 x

 

3. If frame received is damaged, discard it

: Transmitter has timeout

: If no ACK within timeout, retransmit

 

4. If ACK is damaged, transmitter는 알 수 x

: Transmitter will retransmit

: ACK가 보내지지 않으면 sender는 frame 재전송

: Receiver는 똑같은 frame을 2개 받는다

: Use alternate numbering and ACK0 / ACK1

 

---

< Go-Back-N ARQ >

: 가장 많이 사용되는 error control

: Based on sliding-window

: outstanding frames의 수를 control하기 위해 window size 이용

 

> 오류x → the destination will acknowledge incoming frames as usual

– RR = receive ready, or piggybacked acknowledgment

 

> destination station이 frame에서 오류를 발견 → negative acknowledgment 전송

– REJ = reject

– Destination will discard that frame and all future frames until the frame in error is received correctly

– Transmitter must go back and retransmit that frame and all subsequent frames

 

---

< Selective-Reject ARQ >

: "selective retransmission"

: rejected frames만 재전송

: Subsequent frames are accepted by the receiver and buffered

: Minimizes retransmission

: Receiver large enough buffer를 준비해야 한다

: More complex logic in transmitter – Less widely used

: Useful for satellite links with long propagation delays

 

 

---

< Error Control in Data link layer >

: Data link operates over wire-link, directly-connected systems

: 프레임은 corrupted, lost 될 수 있지만 순서대로 도착

: data link는 error chaecking, retransmission을 수행

: 두 시스템 간의 error-free packet transfer

 

// 중간 시험범위 - 여기까지 //

---

< High Level Data Link Control (HDLC) >

> normal response mode (NRM)

> Asynchronous Balanced Mode (ABM)

> Asynchronous Response Mode (ARM)

 

 

< normal response mode (NRM) >

: Primary initiates transfer

: polling multidrop lines 사용

: unbalanced configuration 사용

 

 

< Asynchronous Balanced Mode (ABM) >

: full-duplex point-to-point links 사용

: balanced configuration 사용

: Either station initiates transmission

: Has no polling overhead 

: 가장 많이 사용

 

 

< Asynchronous Response Mode (ARM) >

: unbalanced configuration 사용

: Secondary may transmit without permission from primary 

: 거의 사용 x

 

---

교재는 Data and Computer Communications를 참고하였고, 자료는 이화여자대학교 이형준 교수님의 정보통신공학 강의에서 가져온 것입니다.