정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 20. 데이터 전송제어

20. 데이터 전송제어

 

가. 전송제어의 역할
통신 회선을 통해 컴퓨터, 단말기 등의 장치 상호간에 데이터 전송을 정확하고 효율
적으로 수행하기 위해서는 통신 상대와의 여러 가지 조건이 일치되어야 한다. 우선,
정보를 전송하기 전에 통신 상대와의 접속절차 또는 확인절차가 필요하며, 그리고 목
적한 데이터의 전송이 끝난 시점에서 올바른 데이터의 전송이 이루어졌는가를 상호간
에 확인절차를 통해 회선을 복구하는 등의 순서가 필요하다.
이를 위해 입출력 제어장치를 제어하는 입출력 제어, 데이터회선 종단장치(DCE)와
단말기(DTE) 또는 통신제어장치(CCU) 간에 [그림 2-11]과 같이 회선의 접속, 정보의 송수신 요구 등의 약속을 제어하는 회선제어, 전송매체 상에서 발생한 오류 제어 등과
같이 데이터 전송에 따른 입출력 제어가 필요하다. 여기서, 회선 제어와 오류 제어 등
을 총칭하여 전송제어라고 하며, 이러한 전송제어의 절차들은 궁극적으로 데이터를 데
이터 링크 채널 상으로 전송해주고 비트들 간의 동기 및 식별 기능을 수행하며, 특히
전송 상의 신뢰성 보장을 위한 오류 검출·복구와 흐름제어를 제공한다.
전송제어를 할 때 고려해야 할 사항으로는 데이터 통신을 수행하는 양 단말 상호간
에 전송 조건이 일치해야 하며, 이러한 조건은 하드웨어 및 소프트웨어 측면 모두 해
당되는데, 만일 전송제어 조건이 일치하지 않으면 정보의 의미를 상실한다. 즉 전송제
어 조건으로는 통신 속도, 데이터 비트의 길이, 오류 검출 비트의 유·무와 종류, 전송
부호, 동기 방식 등이 해당될 수 있다.

전송제어의 종류

나. 회선제어 방식
회선제어 방식은 통신 데이터 링크의 설정 등 사용권에 관한 것으로서 통신회선의
접속구조, 트래픽 규모, 요구되는 응답시간 등을 고려하여 적절한 방식이 선택되며,
회선 경쟁선택(contention) 방식과 폴링/실렉션(polling/selection) 방식이 있다.

(1) 회선 경쟁선택 방식
회선 경쟁선택 방식은 두 개의 단말측이 대등한 관계에 있을 때 양쪽에서 대등하
게 통신 요구가 발생하면 시간적으로 좀 더 일찍 송신을 요구한 측에 우선순위가 높
게 주어져 송신의 제어 권한이 부여된 주국(primary station)이 되는 방식이다. 양
측 모두 주국이 될 수 있으며, 만일 양측의 단말이 동시에 송신을 시작하여 충돌이
발생할 때에는 일정 시간 후에 다시 시도한 후 정보 메시지를 송신한다. 이와 같이
회선제어 방식은 단말들이 회선을 사용하기 위해 서로 경쟁하게 되며, 회선에 대한
제어권을 획득한 단말이 회선을 점유하고 정보 메시지의 전송이 끝나면 회선의 점유
가 끝나게 된다.
이 방식은 가장 간단한 회선제어 방식이며, 위성통신과 같이 전파지연 시간이 큰
통신망에서 효율적이다. 그러나 다중점 회선접속 방식, 즉 버스형 망에서 발생되는
문제점으로서, 회선을 점유한 단말이 실제로 데이터 전송을 수행하지 않아도 오랫
동안 회선을 점유하고 있으므로 트래픽이 많은 네트워크에서는 비효율적이다. 또한
다중점 회선접속 네트워크에서는 두개의 단말이 동시에 회선 점유를 요청하는 경우
충돌 문제점이 발생하므로 주로 점대점 회선 접속 네트워크에서 사용된다. 회선 경
쟁선택 방식을 기반으로 하는 통신 프로토콜로서 ALOHA와 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식이 있다.

(2) 폴링/실렉션 방식
폴링/실렉션 방식은 주로 호스트와 단말이 주·종 관계를 이루고 있는 네트워크
에서 사용되고 있다. 폴링 방식은 호스트가 단말에게 전송할 데
이터가 있는지 묻는 것이며, 또한 실렉션 방식은 호스트가 단말에게 전송할 데이터
가 있을 때 수신준비를 하라는 것으로서, 이들 두 방식 모두 호스트가 주도적인 역
할을 한다. 다만 실제 데이터를 전송하는 것은 호스트나 단말 모두가 될 수 있는데,
폴링 방식에서는 단말에서 호스트로 그리고 실렉션 방식은 호스트에서 단말로 데이터가 전송된다.
즉, 폴링 방식은 시스템에 접속되어 있는 모든 단말의 데이터 송수신 상태를 제어하
고 감시하는 호스트가 중심이 되어, 각 단말들을 하나씩 선택하여 메시지 송신 요구의
유·무를 확인하는 방식이다. 실렉션 방식은 호스트가 단말에 대하여 정보 메시지를
수신하도록 권유하는 방식으로서 실렉션 순서는 호스트만이 송신할 수 있고, 실렉션
주소에는 우선순위나 입출력 장치의 지정 정보를 포함 할 수 있다. 실렉션 방식에는
셀렉트-홀드(select-hold)와 고속 셀렉트(fast-select) 방식이 있다.
셀렉트-홀드 방식은 호스트가 단말을 선택하여 수신 준비가 되어 있는지의 여부를
확인한 후 전송 메시지를 송신하여 단말이 수신하도록 하는 방식이며, 고속 셀렉트 방
식은 호스트가 단말에 대하여 수신 준비 여부를 묻지 않고 그대로 정보 메시지를 전송
하여 수신하게 하는 방식으로서, 복잡한 오류 검사를 필요로 하게 되며 HDLC(High- level Data Link Control) 프로토콜에서 사용하고 있다. 폴링/실렉션 방식은 어느 한
시점에서 호스트는 하나의 단말과 통신하게 되어 있고, 단말은 호스트의 폴링/실렉션
에 의해서만 동작되므로 다중점 회선접속, 즉 버스형 네트워크에서 효율적으로 사용될
수 있다. 특히 호스트는 주소의 순서와 빈도수에 따라 단말에게 가변적인 우선순위를
부여할 수 있으며, 관리자가 이 값을 임의로 조정함으로써 특정 단말에 대해 폴링/실
렉션을 빈번하게 요청하게 할 수 있다.

다. 전송제어 절차
(1) 전송제어 절차의 5단계
정보를 전송하기 위한 기본적인 전송 제어 절차로는 [그림 2-13]과 같이 회선의
접속 단계, 데이터 링크 설정 단계, 정보의 전송 단계, 데이터 링크 종단(해제) 단계,
회선의 절단 단계 등 5단계로 대별된다. 다만, 이때 교환 회선이 아니고 직통 회선이
사용된 경우에는 1단계와 5단계가 생략되어‘링크 설정 → 정보 전송 → 링크 해제’
의 단계가 되며, 컴퓨터와 단말 간 또는 단말 상호간에 직접 연결될 때에 해당된다.
제1단계는 데이터 회선의 접속 단계로서 교환회선에 접속되어 있을 때 필요하며
다이얼 또는 수신측 주소를 전송하여 데이터 전송이 가능하도록 통신 회선을 물리적
으로 접속시켜 주는 단계이다.

전송제어 절차의 5단계

제2단계는 데이터 링크의 설정 단계로서 접속된 통신 회선 상에서 송신측과 수신
측 간에 정확한 데이터 송수신을 하기 위한 논리적인 경로를 구성하는 단계이며, 한
개 또는 여러 개의 단말에 정보 전송을 위해 데이터 링크가 필요하다. 이 경우 데이
터 링크는 회선 구성방법과 전송되는 정보량에 따라 링크 방법이 달라질 수 있다.

데이터 링크의 설정에는 회선 경쟁선택 방식과 폴링/실렉션 방식이 주로 사용되고
있으며, 제어 정보로서 수신측의 호출, 정확한 수신측인가의 확인, 수신측의 데이터
전송 준비 상태 확인, 송·수신 입장의 확인, 수신측 입출력 기기 지정 등의 정보가
교환된다.
제3단계는 정보의 전송 단계로서, 설정된 데이터 링크를 이용하여 데이터를 수신
측에 전송하는 단계이며, 이때 전송로 상에서 발생하는 정보에 대한 오류를 검출 및
정정하는 오류 제어 과정이 수행된다.
제4단계는 데이터 링크의 종단(해제) 단계로서 데이터 전송이 완료되면 수신측과
의 확인에 의하여 데이터 링크를 논리적으로 종단하고 초기 상태로 복귀하는 단계
이다.
제5단계는 데이터 통신 회선의 절단 단계로서 교환회선에 접속되어 있는 경우에
데이터 링크가 해제된 후 데이터 통신 회선을 물리적으로 절단하는 단계이다. 이는
전화 가입자가 수화기를 전화기에 올려놓은 상태에 해당된다.

(2) 전송제어 절차의 종류
전송제어 절차는 통신을 수행하기 위한 상대측의 단말이 준비하고 있는 여러 가
지 조건에 따라 제어 방법이 다르게 되며 무절차(무순서 절차), 기본형(BASIC) 절
차, HDLC 절차 등으로 대별되고 있다.
무절차는 데이터를 전송하는 이용자가 자신의 오류를 확인하고 처리하는 형태로
전송 제어 절차를 간략히 한 것이다. 저속 회선에 적당하며, 전송의 신뢰성은 낮지
만 가까운 거리인 경우에 간단하게 이용할 수 있는 편리한 절차이다.
기본형(BASIC) 전송 절차는 데이터 전송 시 통신의 기본 동작 규칙을 정하여 저
속에서부터 고속에 이르기까지 광범위하게 사용되며, 무절차에 비해 신뢰성이 비교
적 높은 전송 제어 절차이다. 기본 모드와 확장 모드가 있으며, 기본 모드는 단방향
(simplex) 통신 형식에서 사용되고 확장 모드는 전이중(full duplex) 통신 방식에서 사용된다.
HDLC 절차는 디지털 데이터망 등 다양한 형태의 새로운 통신망에 적합하도록
개발된 것으로서 기본형 전송 절차에 비해 전이중 통신의 허용과 투명 모드(transparency mode)를 사용할 수 있도록 개선되어, 신뢰성이 향상되고 고속 전송이 가능한 전송 제어 절차이다.
이와 같은 전송제어 절차들은 데이터링크 설정에 관련된 데이터링크 프로토콜로
볼 수 있으며, 데이터 비트열에 있는 각 문자를 독립적으로 다루는 비동기식 데이터 링크 프로토콜과 전체 비트열을 동일 크기의 문자들로 나누어 처리하는 동기식 데이
터링크 프로토콜로 구분할 수 있다. 비동기식 데이터링크 프로토콜은 주로 모뎀에
서 사용하고 있으며, 동기식 데이터링크 프로토콜은 LAN을 비롯한 통신망에서 많
이 사용되고 있다.
특히, 동기식 데이터 링크 프로토콜은 문자기반 프로토콜(character-oriented
protocol)과 비트기반 프로토콜(bit-oriented protocol)로 대별된다. 문자기반 프
로토콜은 프레임(frame) 또는 패킷(packet)을 문자의 연속으로 해석하여 전송하는
것으로 효율성이 낮아 거의 사용되고 있지 않으며 BSC(Binary Synchronous
Communication) 절차가 대표적인 예이다. 그리고 비트 기반 프로토콜은 프레임
또는 패킷을 비트의 연속으로 해석하여 전송하는 것으로, 보다 짧은 프레임에 많은
정보를 전송할 수 있으며 HDLC 프로토콜이 대표적인 예이다.

라. HDLC 프로토콜
(1) 개요
다량의 정보를 고속으로 전송하기 위해 임의의 비트 길이 정보를 프레임이라고
부르는 전송제어 단위로 분할하여 프레임 내의 제어 정보에 포함되는 명령
(command)과 응답(response) 메시지를 이용하여 연속적으로 정보를 전송하는 제
어 절차이다. 명령은 프레임 내의 주소부에서 지정하는 상대측에 대한 데이터 링크의 설정, 데이터 전송 및 종료를 지시하는 것을 말하며, 응답은 명령에 대한 실행 결과 및 상태를 보고하는 것을 말한다.
HDLC 전송제어 절차의 데이터 링크에는 [그림 2-14]와 같이 불평형
(unbalanced) 구성과 평형(balanced) 구성의 2가지가 있다. 불평형 데이터 링크
형태는 1차국과 2차국으로 구성되고, 데이터 링크의 설정과 오류 복구는 1차국이 책
임진다. 1차국과 2차국의 접속 형태는 점대점 및 다중점 회선방식이 있다. 평형 데
이터 링크 형태는 복합국으로 구성되고, 데이터 링크의 설정과 오류 복구는 2개의
복합국이 대등하게 책임진다. 복합국들의 접속 형태는 점대점 회선방식이 된다.

HDLC 절차에서 데이터링크의 형태

(2) HDLC 프레임의 구성
HDLC 전송 제어 절차에서 국(station) 사이에 전송되는 데이터 전송 단위인 프
레임의 구조는 [그림 2-15]와 같으며, 명령 프레임과 응답 프레임으로 대별된다. 여
기서 플래그(F : Flag)는 프레임의 시작과 종료를 표시하는 특유의 비트 패턴
‘01111110’ 이며, 프레임의 동기를 위해 사용한다. 시작 플래그와 종료 플래그 사이
에 플래그와 동일한 패턴이 표현되는 것을 방지하기 위해 비트 투과성
(transparency), 즉 비트 스터핑(bit stuffing)에 의하여 프레임 내에서는 자유로
운 비트열을 구성할 수 있다.
주소부(A : Address field)는 명령을 수신하는 모든 2차국 또는 상대 복합국의
주소를 지정하며, 응답을 송신하는 2차국 또는 복합국의 주소를 지정하는데 사용한
다. 주소부는 8비트로서 글로벌(방송 모드용) 주소와 시험용(단말이 없는 것으로 취
급) 주소를 제외한 254개 국을 지시할 수 있지만, 통신 시스템이 대규모인 경우 주
소부를 확장할 수 있다.

시작 플래그	주소부	제어부	정보부	FCS	종료 플래그
01111110	8비트	8비트	임의의 비트(0~n비트)	16비트	01111110

제어부(C : Control field)는 1차국 또는 복합국이 주소부에서 지정하는 2차국 또
는 복합국에 대한 동작을 명령으로서 지시하고, 2차국 또는 복합국의 지시에 대한
응답 정보를 전송하는데 사용한다. 제어부의 정보 형식에는 정보 전송 형식(I 프레
임), 감시 형식(S 프레임), 비번호제 형식(U 프레임) 등 3종류가 있다. 정보 전송 형 식은 정보부를 갖는 정보 전송용의 프레임에 이용하며, 명령/응답에 관한 절차는 이
형식에만 존재한다. 송신되는 프레임의 순서는 송신 순서 번호 N(S)와 수신 순서 번
호 N(R)을 이용하며, N(S)를 포함한 정보 프레임을 송신하고 응답 프레임의 N(R)을
조사함으로써 메시지의 전송 확인을 수행할 수 있으므로 HDLC 절차의 전송 효율이
가장 높다. 여기서 송신 데이터와 수신된 데이터의 응답을 하나의 응답 프레임으로
조합하는 것을 피기백(piggyback)이라고 한다. 즉, 피기백이란 하나의 스테이션이
전송할 데이터와 상대편으로 응답할 메시지를 가지고 있을 경우, 하나의 프레임 내
에 함께 실어 보내는 기술이며, 이 경우 전송 용량이 절약 가능하다.
감시(S : Supervision) 형식은 데이터 링크의 감시 제어를 수행하는데 사용하며
정보부(I : Information field)를 갖지 않는다. 감시 기능 비트는 정보 프레임의 수
신 확인과 전송 요구 또는 정보 프레임 송신의 일시 중단 등의 지시에 이용하며,
RR(Receive Ready) 등 4종류의 명령과 응답을 갖는다. 그리고 비번호제(U :
Unnumbered) 형식은 데이터 링크의 기능을 확장하는 것으로서, 수신되는 정보 프
레임의 수신 확인 기능이 없으며 데이터 전송의 동작 모드를 설정한다.
정보부(I : Information Field)는 사용자 사이에서 교환되는 정보 메시지와 제어
정보가 포함되는 부분으로서, 이들 정보 비트의 구성은 비트열 및 비트수에 제한이
없고, 정보부의 길이와 구성도 제한이 없으며 송수신 간의 합의에 따른다.
프레임 검사 순서(FCS : Frame Check Sequence) 부분은 HDLC 프레임을 구
성하는 주소부, 제어부, 정보부가 정확하게 상대국으로 전송되었는가를 확인하기
위한 오류 검출용 비트를 포함한다. 오류 검출에는 16비트의 CRC 부호를 사용하며,
ITU-T에서 규정한 FCS의 생성 다항식 G(X)는 다음과 같다.

(3) HDLC 절차
HDLC 절차에서는 데이터 링크의 채널에 전송되는 비트 순서의 상태에 따라 활
성(active) 채널 상태와 휴지(idle) 채널 상태로 구분한다. 활성 채널 상태는 프레임
포기 순서 또는 타임 필러(time filler)를 전송하고 있을 때를 말하며, 이 상태에서
는 송신을 계속할 권리를 갖는다. 여기서, 프레임 포기(abort) 순서는 7개 이상 14
개 이하의 비트‘1’ 이 연속되고 있을 때를 말하며, 수신측에서는 이 프레임을 무효
프레임으로 간주하여 무시한다. 또한 타임 필러는 프레임 간에 연속하여 전송되는
플래그(6개의 연속된 비트‘1’상태)를 말한다. 휴지 채널 상태는 15개 이상의 비트 ‘1’ 이 연속으로 검출될 때를 말하며, 송신측이 데이터 전송을 종료한 것으로 간주한
다. 따라서 휴지 채널 상태에 있지 않을 때는 활성 채널 상태가 된다.
HDLC 전송제어 절차의 예로서, 데이터 링크의 설정과정은 [그림 2-16]과 같이
3단계의 순서로 이루어진다. 단계 1에서는 1차국에서 SARM(Set Asynchronous
Response Mode) 명령 즉, 제어부의 P(Poll) 비트가‘1’ 인 동작 모드 설정 명령을 2
차국에 송출한다. 단계 2에서는 상대국을 확인하고 또한 수신 상태가 준비되었는지
의 여부를 확인한다. 단계 3에서는 2차국에서 제어부의 F(Final) 비트가‘1’ 인 수신
응답을 1차국에 통보할 경우 다음 응답에 의해 데이터 링크의 설정 여부를 확인한
다. 즉, 2차국에서 UA(Unnumbered Acknowledgment) 응답을 통보하면 데이터
링크 설정이 가능하게 되며, 2차국에서 DM(Disconnected Mode) 응답을 통보하면
데이터 링크 설정이 불가능하게 된다