[네트워크]다중접속 프로토콜 - Multiple Access Protocol

공유하는 링크에 여러개의 기기에서 통신을 시도 할 경우

문제가 발생하지 않도록 통제해줘야 한다.

 

이는 데이터의 접근을 제어하는 데이터 링크 계층에서 수행하게 되는데 이것을 다중접속 프로토콜이라 부른다.

 

다중접속 프로토콜은 크게 세가지 방법으로 나뉘는데 다음과 같다.

 

 

Random-access protocol

임의 접근 또는 경쟁 방식이라고 부른다.

Random access protocol 통신을 토론으로 비유하면 사회자가 없는 난상토론이라고 볼 수 있다.

순서 없이 발언하며 하나의 기기가 시그널을 보낼 때 똑같은 공유 링크 상에 다른 기기가 시그널을 보내면

충돌이 일어나 전송이 제대로 이루어지지 않는데 이를 해소하기 위한 여러 임의 접근 방식이 있다.

 

ALOHA protocol

ALOHA protocol 은 1970년 하와이 대학에서 개발된 초기 무선통신에서 사용하던 방식이다.

무작위로 데이터를 보내기 때문에 충돌이 잦게 일어날 수 밖에 없다.

충돌이 일어난 노란색 박스 부분

Pure ALOHA protocol 방식은 데이터를 전송하고 ACK 신호를 기다리는데 이를 수신받지 못하면 대기시간 후에 다시 데이터를 전송한다. 이때 대기시간은 응답받지 못한 횟수(k)에 따라서 0 부터 2^k - 1 의 단위대기시간을 가지게 된다. (ex. 0~1, 0~3, 0~7...) 

 

Slotted ALOHA protocol

Slotted ALOHA protocol 방식은 Pure ALOHA protocol 방식의 너무 높은 충돌 가능성 때문에 고안된 프로토콜 방식이다.

시간을 조각으로 잘 나누어서 슬롯화 시키고 프레임 전송 시간과 맞추어서 Pure 방식에 비해 충돌을 줄이게 된다.

 

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

ALOHA protocol 에서 개선된 접근 방법으로 신호가 있는지 없는지를 확인한다.

신호를 보내기 전에 상대방이 신호를 보내고 있는지(Busy) 대기상태인지(Free) 를 확인한다.

다만 전파 지연 시간 때문에 이 방법도 충돌가능성이 있다. 

CSMA의 Busy와 Free를 체크하는 방법

크게 3가지 방법이 있다.

1-persistent

상대가 busy라도 주저하지 않고 바로 Sense를 한다.

Nonpersistent

Wait를 두고 Sense를 하는 방식

p-persistent

busy일때 Sense를 하다가 free 일때 확률적으로 전송을 한다.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)

CSMA방식의 전파지연시간 문제를 해결하기 위해 고안된 프로토콜으로 CSMA방식에 충돌을 처리하는 절차가 추가되었다.

Ethernet에서 사용되며 프레임을 전송한 뒤에 전송이 성공적이였는지를 관찰하는 방법으로 프레임이 목적지에 도착할 시간 이전에 다른 프레임의 비트를 수신한다면 충돌이 일어난 것으로 판단한다.

CSMA/CD가 동작하기 위해선 프레임 최소 크기에 제한을 둬야 하는데 전체 프레임을 모두 보내고 나면 회선에 충돌이 생겼는지 확인하지 않기 때문이다. 그렇기 때문에 충돌했는지를 알기 위해서 프레임 전송 시간은 최소한 전파시간의 2배가 되어야 한다.

 

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

CSMA방식의 전파지연시간 문제를 해결하기 위해 고안된 프로토콜인데 특히 wireless LAN 환경을 위한 방법이다.

상대의 busy를 체크하다가 free상태가 되어도 즉시 프레임을 보내지 않고 IFS(Interframe Space)라고 불리는 일정 시간을 기다린 후 전송하게 된다.

이때 IFS를 조정하여 전송할 프레임의 우선순위를 정할 수 있다.

 

Controlled-access protocol

Controlled-access protocol 통신을 토론으로 비유하면 사회자가 있어서 의견이 있는 사람은 손을 들어 주세요

하며 발언기회를 주는 방법이라고 볼 수 있다.

 

Reservation

데이터를 전송하기 전에 예약을 해야한다.

지국의 수만큼 예약 미니슬롯이 있으며 어떤 지국이 데이터 프레임을 보내려고 할때 자신의 미니슬롯에 예약을 한다.

예약을 한 지국은 예약 프레임 뒤에 자신의 데이터 프레임을 전송한다.

 

Polling

지국들 중 하나가 주국(Primary station)이 되면서 다른 지국들은 지시를 받는 종국(secondary station)이 되는 방식이다.

어느 시간에 어느 지국이 링크를 사용할지 주국의 결정에 따라가게 된다. 

Select

주국이 무언가를 보낼 것이 있을 때마다 수행되며 주국이 종국에게 신호를 보내 종국이 수신준비가 되었다는 응답을 받으면 그때 주국이 데이터를 종국으로 전송한다. 성공적으로 데이터를 받았다면 응답 신호를 다시 주국으로 전송하게 된다.

Poll

주국이 종국들로부터 전송할 데이터를 모을 때 수행된다. 주국이 데이터를 수신할 준비가 되어 있으면 각 종국장치들에게 차례로 보낼 것이 있는지 물어보게 된다. 종국에서 보낼 데이터가 없다면 주국에게 부정 응답(NAK)을 보내게 되고 보낼 데이터가 있다면 Data를 바로 보낸다. NAK이라면 주국은 다음 차례의 종국에게 다시 데이터전송 여부를 묻게 된다.

 

Token passing

이 방식에서 네트워크 안의 지국들은 논리적인 고리형태로 구성되며 token이라 불리는 특별한 패킷이 고리를 따라 돌아다닌다. 토큰 패킷을 가진 지국은 채널 접근 권한을 가지게 되고 이때 보낼 데이터가 있다면 데이터를 전송하는 방법이다.

논리적 링

Token passing 에서의 논리적인 링의 모습들이다.

	지국이 후행자에게 토큰을 전할 때 다른 지국들은 토큰을 볼 수 없다. Physical ring의 단점은 링크 중 하나라도 끊어진다면 전체 시스템이 동작을 멈춘다는 것이다.
	중심이 되는 링의 반대 방향으로 운영되는 2차 링을 가지게 된다. 이 추가의 링은 중심 링이 망가질 경우 사용되게 된다. FDDI(Fiber Distribued Data Interface)와 CDDI(Copper Distributed Data Interface)가 이 형상을 사용한다.
	Token Bus라고도 불린다. 각 지국은 Bus라고 불리는 공유 케이블에 연결되지만 논리적으로는 링 구조를 하고 있다. Token Bus LAN(by IEEE)는 이러한 접속 형태를 사용한다.
	물리적 접속 형태는 별 모양이지만 허브가 연결장치 연할을 하여 내부의 연결로 링 모양을 만든다. Token Ring LAN (by IBM)는 이러한 접속 형태를 사용한다.

Channelization protocol

채널화 프로토콜은 링크의 가용 대역폭을 기기들 사이에서 시간적으로 주파수상으로 또는 코드상으로 다중 접근하는 것이다.

 

FDMA(Frequency Division Multiple Access)

각 지국이 사용 가능한 대역폭을 주파수 대역으로 나눈 각각의 대역을 배정받아 데이터를 전송하는 방법으로 각 대역은 지국에 할당되어 해당 지국만 사용할 수 있는 방법이다.

지국 사이의 방해를 방지하기 위해서 통과 대역은 작은 Guard Band로 서로 떨어져 있게 된다.

 

TDMA(Time Division Multiple Access)

각 지국은 자신이 데이터를 전송 할 수 있는 타임 슬롯을 할당 받고 데이터를 전송한다.

 

 

CDMA(Code Division Multiple Access)

CDMA는 모든 전송들이 동시에 한 채널에서 이루어진다. 

방 안에서 큰소리로 대화를 한다고 하자 한국사람은 한국말로 일본사람은 일본말로 중국사람은 중국말로 대화를 하면

각 나라의 사람은 상대적으로 자기 언어가 귀에 더 잘 들어올 것이다.

이와 같은 방식으로 통신하는게 CDMA이다.

CDMA는 코드이론을 바탕으로 두고 있으며 Chips라고 부르는 코드를 각각의 지국이 사용한다.

 

 

작성중...