[데이터통신] 매체 접근 기술(MAC)
매체 접속 제어(MAC : Media Access Control)
호스트 컴퓨터에 연결되어 있는 여러 개의 단말기들은 통신 회선을 공유하고 있다. 이 단말기들이 어떻게 통신 회선을 점유하는가에 따라 통신 시스템 효율
에 영향을 주게 된다.
공유 회선을 동적으로 점유하는 것을 공유 회선 점유 방식이라고 한다
예약 방식(Reservation)
길고 연속적인 정보(Stream)에 적당한 방식으로 통신 회선의 시간 폭(Slot Time)을 미리 예약하는 방식.
2차국에서 1차국에 송신할 자료가 있다는 신호를 보내면 1차국에서는 통신 회선 점유표(Time Stamp)를 참조하여 통신 회선의 사용을 허가
경쟁 방식(Contention)
트래픽이 적은 소량의 데이터 전송에 적합한 방식으로 모든 단말기가 컴퓨터에 전송하기 위해 순서와 규칙이 없이 경쟁하여 선로를 점유하는 방식
즉, 송신 요구를 먼저 한 쪽이 송신권을 갖는 방식
구현이 쉽고 전송량이 소량일 때는 적합하지만 전송량이 많을 때는 성능이 저하
ALOHA
Ethernet 모델에서 사용되는 공유 회선 점유 기술인 CSMA/CD의 기본 원리로 이 기법은 모든 단말기에 자유롭게 적용된다.
우선 단말기는 전송할 데이터가 있으면 점유 허가 신호를 컴퓨터에 전송하고 컴퓨터에서 긍정적인 응답(ACK
)이 도착할 때까지 일정한 시간(최대 가능한 왕복 전파 지연 시간 : 전송 신호가 한 노드에서 다음 노드로 도달할 때 걸리는 시간)을 기다리다가 응답이 없으면 포기하는 방식
- 충돌이 발생하면 수신측에서는 전송을 포기
Slot-ALOHA
ALOHA 기법의 성능이 떨어지는 단점을 보완한 방법으로 모든 단말기의 공유 회선에 접근할 수 있는 시간 폭(Time Slot, 채널)을 할당하여 동기화한다. 각 단말기의 데이터 전송은 해당되는 접근 시간에 전송이 가능하며 시간이 겹칠 경우에는 충돌로 간주
CSMA
각 단말기가 1차국의 허가(ACK
)를 기다리지 않고 서로 경쟁하면서 접근하며, 충돌을 피해가지 않고 충돌을 이용하는 형태로 변경되었다.
채널이 휴지 시간(Idle Time)이면 점유한다. 채널이 사용 중이면(충돌) 사용이 끝나기를 기다린 후 즉시 점유하거나 일정한 규칙을 정하여 접근
- 1-Persistent CSMA
- 낙천형 : 충돌되지 않으리라는 확률 1을 갖고 사용중이지 않은 것을 감지하자마자 즉시 매체에 접근하여 데이터 프레임 송출
- 충돌발생 가능성이 가장 크므로 채널사용률이 낮은 대신에 대기시간은 짧다
- 유선 LAN 이더넷
- Non-Persistent CSMA
- 비관형 : 반드시 충돌될 것이라고 비관하여 비록 사용중이지 않은 것을 감지하여도, 확률분포에서 얻어진 임의 시간 만큼 무조건 기다린 후 매체 접근
- 충돌이 적어 채널사용률은 높아지나 대기 시간이 많이 소요
- P-Persistent CSMA
- 의심염려형 : 사용중이지 않은 것을 감지하면, 전체 중 확률 P가 충돌되지 않을 것으로 판단하여 매체에 접근하고, 의심을 갖는 나머지 확률(1-P)는 한 단위 시간만큼 기다린 후 매체에 접근
- 충돌을 줄이고(Non-Persistent 방식) 대기시간을 줄이고자(1-Persistent 방식) 하는 상호보완 방식
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)
통신 채널의 상태를 파악하여 통신 채널이 데이터 전송을 하지 않을 때 정보를 전송하는 방식
데이터 프레임 간의 충돌 발생을 해소하기 위해 CSMA 방식에 충돌 검출 기능과 충돌 발생 시 재송신하는 기능을 추가
- 송신 요구를 먼저 한쪽이 송신권을 갖는 방식
- 전송로상의 데이터가 흐르지 않는 것을 확인한 후 데이터를 보내는 방식으로 LAN의 매체 접근 방식
- 통신 회선이 사용중이면 일정 시간 대기하고 통신 회선상에 데이터가 없을 때에만 데이터를 송신(송신중에도 전송로의 상태를 계속 감시)
- 송신 도중 충돌이 발생하면 송신을 중지하고, 모든 노드에게 충돌을 알린 후 일정시간이 지난 다음 데이터를 재송신
- 버스형 구조에서 주로 사용
- 통신량이 많아지면 충돌이 잦아져 채널의 이용률이 저하되고 전송 지연 시간이 급격히 증가(회선 이용률이 10% 이하이면 충돌이 빈번하게 발생하는 시점)
- 통신량이 적을 때 유리하며 데이터가 일정한 길이 이하일 경우에는 충돌 신호를 검출할 수 없다
- 충돌이 발생한 경우 지연 시간을 예측하기 어려움
Ethernet
모델과 개선된 모델에서 계속 사용하는 MAC 기술IEEE 802.3
의 표준 규약
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)
무선 네트워크상에서는 충돌을 감지하기 힘들기 때문에 데이터 흐름을 감지하여 네트워크가 사용 중이 아니면 바로 패킷을 보내지 않고, 예비 신호를 먼저 전송해 데이터 전송 중 패킷 충돌을 피하는 방법으로 데이터를 전송한 후에는 충돌 하지 않음
DCF(Distributed Coordination Function: 동등한 우선 순위를 가지고 경쟁하는 방식)이라고도 한다
PCF(Point Coordination Function: 우선 순위 기반 경쟁 방식) - 상용화 안 됨
순서적 할당 방식(Round Robin)
컴퓨터가 단말기에게 전송할 데이터의 유무를 순서적으로 묻는 방식
각 단말기에게 순서적으로 하나뿐은 공유 회선을 점유할 수 있는 기회를 제공
중앙형(Polling 방식, Roll-Call Polling, Bus Polling)
컴퓨터에서 정해준 순서에 따라 단말기를 선택하여 통신 회선 사용의 유무를 문의(Polling Message)하여 사용하도록 허가하는 방식
- 중앙 컴퓨터에 공유 회선 점유 제어 장치 및 프로그램이 존재
- 우선권이나 대역폭을 확보하는데 유리
- 중앙 컴퓨터에서 통제를 하기에 단말기 간 전송 지연이 거의 없다
- 통신 중에 다른 단말기의 영향을 받지 않는다
- 중앙 컴퓨터가 고장이 날 경우 통신이 모두 중단
- 효율성이나 경제성이 떨어진다
- 공유 회선의 독점이 불가능
분산형(Token 방식, Hub-go-ahead Polling, Hub Polling)
컴퓨터가 가장 멀리 떨어진 단말기에 폴링 메시지를 보내면 폴링 메시지를 받은 단말기는 통신 회선을 점유하여 데이터를 전송한다. 전송할 데이터가 없으면 즉시 자신이 가리키고 있는 다음 단말기에 폴링 메시지를 넘겨주어 통신 회선을 사용할 수 있도록 한다
- 단말기에 공유 회선 제어 장치 및 프로그램이 존재
- 중앙에서 통제가 불가하기에 단말기 간에 전송 지연이 발생할 수 있다
- 통신 중에도 다른 단말기의 영향을 받는다
- 효율성이나 경제성이 좋다
- 단말기가 능동적으로 동작한다
- 공유 회선이 독점될 수 있다
토큰 버스(Token Bus)
허가권(토큰)이 각 단말기를 순서적으로 옮겨 다니는 방식
- 각 단말기의 전송 시간을 가변적으로 조절이 가능한 장점이 있지만 CSMA/CD 방식에 비해 복잡하고 지연시간이 길다는 단점이 존재
- 하나의 단말기에는 토큰이 이동해야 할 단말기의 정보를 보유하고 있다
- 전송량이 많을 때도 안정적이며 액세스 시간이 일정하다
- 하나의 단말기가 고장나면 통신은 전면 중단
- 각 단말기에 공유 회선 점유 시간을 조절할 수 있다
- 전송 데이터의 길이에 제한이 없다
- 버스형이나 트리형에 적합한 방식
IEEE 802.4
의 표준 규약
토큰 링(Token Ring)
링을 따라 순환하는 토큰을 이용하는 방식으로 토큰 버스의 토큰과는 다소 차이가 있다
토큰은 자유 토큰(Free Token) 형태로 링을 회전하다가 임의의 단말기에서 통신 회선의 사용 요청 신호가 들어오면 회선 사용을 허가하고 바쁜 토큰(Busy Token)으로 변경된다. 통신 회선 사용이 종료되면 다시 자유 토큰 형태로 변환하여 링을 따라 순환한다.
- 단말기를 모두 경유해야 하거나 하나의 단말기가 고장나면 중단되는 토큰 버스의 단점을 보완
- 모든 단말기에 공평한 기회 제공
- 하나의 단말기가 고장나더라도 우회하여 다른 단말기와 통신 가능
- 공유 회선의 사용률을 높이기 위해 토큰을 여러 개 사용할 수 있다
IEEE 802.5
의 표준 규약
토큰 패싱(Token Passing)
네트워크 형태(물리적)는 버스
구조 사용, 토큰 운영(논리적)은 링
형태로 사용
- 데이터 전송 시 반드시 토큰을 취득하여야 하고, 전송을 마친 후에는 토큰을 반납
- 모든 단말기에 공평한 기회 부여
- 하나의 단말기가 고장나더라도 우회하여 다른 단말기와 통신 가능
- 기술이 복잡하여 비용이 많이 든다
- 부하가 크고, 거리 제한이 없다
슬롯 링(Slotted Ring)
링 구조를 하나의 토큰을 사용하지 않고 전체의 링을 일정한 간격으로 분해하여 각 슬롯마다 토큰을 사용
- 시스템이 간결하고 각 스테이션에서 링과의 상호 작용이 작기 때문에 신뢰도가 높은 방식
선택 방식(Selection)
멀티포인트 방식에 있어서 중앙 컴퓨터가 주변의 단말기로 데이터를 전공하고자 하는 경우 수신측 단말기의 상태를 확인하는 절차로, 컴퓨터에서 다수의 단말기에 데이터를 전송할 때 사용하는 방식
-
Select-Hold
컴퓨터에서 단말기로 데이터를 전송할 때 단말기의 수신 가능한 응답을 받고 데이터를 전송하는 방식
즉, 단말기의 수신을 준비시키고 데이터를 전송시키는 방식
BASIC
프레임에서 사용 -
Fast-Select
컴퓨터에서 단말기로 데이터를 전송할 때 단말기의 수신 가능한 응답을 받지 않고 전송할 데이터와 응답 요청을 동시에 전송하는 방식
즉, 단말기의 수신 상황을 고려하지 않고 데이터를 전송하는 방식
IEEE 802 Standard Family
IEEE는 LAN 기술의 표준화를 목적으로 설립한 소위원회다. 위원회에서 결정된 표준안은 ANSI(미국표준협회)를 통해 ISO(국제표준화기구)의 심사 절차를 거쳐 대부분 국제표준으로 채택되고 있으며 LAN의 국제 표준화에 크게 기여하고 있다.
표준 규정 | 규격 |
---|---|
IEEE 802.3 | CSMA/CD |
IEEE 802.4 | Token Bus |
IEEE 802.5 | Token Ring |
IEEE 802.6 | MAN 표준안의 DQDB |
IEEE 802.7 | Broadband LANs |
IEEE 802.8 | Fiber optic LANs |
IEEE 802.9 | 음성/데이터 통합 LAN |
IEEE 802.10 | Security LAN |
IEEE 802.11 | 무선 LAN, CSMA/CA |
IEEE 802.12 | Cable-TV 프로토콜 |
IEEE 802.15 | 블루투스 |
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