메타 스터디 그룹

[네트워크 목차]

ARQ (Automatic Repeat Request)

•  why ? 통신 상에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해서 !
•  what ? 에러가 발생하면 에러를 검출하고 재전송하는 것 !
•  how ? Stop and Wait ARQ, Go back N ARQ, Selective-repeat ARQ

ARQ 정의

• 통신 상에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해서 데이터 전송 중 에러가 있는 경우 에러를 검출하고 재전송하는 에러 검출 기술
• 송신측과 수신측의 사이에서 데이터 전송 시, 수신측에서는 오류검출을 수행하고, 수신측에서 오류가 검출된 경우 송신측에 재전송을 요청하는 기술
• 특징
  • 오류 검출 : 체크섬(Checksum), CRC
  • 수신 여부 피드백 : 긍정(ACK), 부정(NACK) 여부 확인 응답
  • 재전송을 통한 신뢰성 확보 (RTO, ACK)

ARQ 방식

1) Stop-and-Wait ARQ

• Sender에서 한 프레임을 전송한 후 일정 시간 동안의 ACK 또는 NACK를 기다리는 오류 검출 방식
• 특징 
  • 가장 단순한 구현
  • 한번에 하나의 프레임 전송과 송신측의 대기시간으로 전송 효율 낮음
  • 거리가 멀수록 응답을 기다리는 시간 지연 발생
• 전송 절차
  1. Sender에서 1개의 프레임을 전송
  2. 오류가 없는 경우 Receiver에서 ACK를 전송
  3. 오류가 있는 경우 Receiver에서 NACK를 전송 후 Sender에서 재전송
  4. ACK를 받기 전에 Timeout이 발생할 경우 오류로 간주하고 프레임을 재전송

2) Go-Back-N ARQ (슬라이딩 윈도우 프로토콜)

• 연속으로 순차적으로 프레임을 전송하다가 오류가 발생한 경우 오류 발생 블록 이후의 모든 블록을 재전송 하는 오류검출 방식
• 특징
  • Stop & Wait 의 전송효율 단점 극복 
  • 연속적으로 여러개의 프레임(윈도우)를 순차적으로 전송
  • 하나의 프레임이 손상되어도 모든 프레임 재전송
  • 잡음이 많은 채널의 경우 재전송이 반복되어 문제 발생
• 전송절차
  1. Sender에서 순차적으로 여러개의 프레임(윈도우)을 순차적으로 전송
  2. Receiver로 부터 NACK를 받거나 Timeout이 발생
  3. 오류가 발생한 시점 이후의 전송이 완료된 프레임이더라도 재전송 수행

3) Selective Repeat ARQ

• 전송된 프레임 중에서 오류가 발생한 수신 패킷만을 재전송하는 오류검출 방식
• 특징
  • 연속적인 프레임 전송
  • 손상된 프레임만 재전송
  • 수신측에서 데이터를 처리하기 전 순서대로 조립 필요
  • 전송하는 프레임 별 버퍼 필요
• 전송절차
  1. 연속적으로 프레임을 전송
  2. NAK 또는 Timeout이 발생한 경우 손상된 프레임만을 재전송
  3. 수신 측에서는 데이터를 받아서 재조립을 수행

[네트워크 목차]

흐름제어(Flow Control)

[하위] 슬라이딩 윈도우(sliding window) 알고리즘

[연관] 네이글 알고리즘(Nagle's Algorithm)

1. 수신을 고려한 송신 패킷 제어, 흐름제어의 개요

 개념

• 수신 한도를 넘는 과잉 패킷 발송 방지를 통해 패킷의 전송량을 조절하는 전송속도 제어 기법
• 데이터 패킷 전송시 패킷 손실 및 과도 수신 방지를 위한 데이터 패킷 조절 기술

 흐름제어 필요성

• 프레임 손실 방지 : 수신자의 여유 버퍼 크기만큼만 전송
• 속도 조절(Pacing) : 수신측에서 송신측에게 데이터 양과 속도 전달(송신, 수신의 속도 일치화)
• 자원한계 : 수신측의 처리 속도와 메모리 한계 존재

2. 흐름제어 기법 유형

      - 이외 전송률 기반 흐름제어(Rate-Based) 방식 존재, 송신 전송률 지정하여 초과되지 안도록 제어, 스트리밍, 브로드캐스트, 멀티캐스트 전달에 사용

(1) Stop and Wait

• 개념 : 데이터 전송 후 수신측의 ACK 확인 후 다음 데이터 전송 기법
• 특징 : ACK, NAK, 단순하나 전송 효율 저하
• 절차 : 1개 프레임 전송 -> 수신측 에러 판단 -> 에러시 NAK, 정상시 ACK 발송 -> 다음 프레임 발송

(2) Sliding Window

• 개념 : 수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 확인 응답없이 전송할 수 있게 하여 흐름을 동적으로 조절하는 제어 알고리즘
• 특징 : 열림(수신 ACK 도착 후 오른쪽 경계 우측 이동), 닫힘(전송 후 왼쪽 경계 우측 이동), 축소(오른쪽 경계가 좌측으로 이동)
• 동작절차_1

• 동작절차-2         

                            오타(?) 261 -> 251                 

3. 어리석은 윈도우 신디롬(Silly Window Syndrome)

    - 슬라이딩 윈도우 동작시 낮은 생성(송신측)/소비(수신측)으로 인한 전송 효율 감소 현상

    - 해결 방안 

      . Nagle's Algorithm : 송신 측 방안 : 첫 데이터 발송 후 응답 수신 또는 최대 크기까지 누적 후 송신

      . Clark's Solution : 수신 측  방안 : 절반 이상 공간 확보 전까지는 rwnd :0 발송 또는 응답 지연 

1. [답안] 흐름제어 필요성, TCP 흐름제어기법, Silly window syndrome(2교시)

[네트워크 목차]

1. MPLS의 개요

 - IETF에서 표준화한, 라벨을 활용하여 다양한 프로토콜을 고속 전송가능한 기술 

 - 데이터 패킷에 IP 주소가 아닌 별도의 라벨을 붙여 스위칭하고 라우팅하는 기술 

2. MPLS-TP/ IP-MPLS의 부각 배경 

 3. MPLS-TP 

 3-1) MPLS-TP의 개요 

  - 라우터내 Control Plane을 제거하여, NMS만이 토폴로지 정보를 관리하는 방법 

 (특징)

 - 라우터내 Control Plane 제거(L2 스위칭)
 - NMS가 모든 장비의 주 경로와 절체 경로를 사전에 Provisioning 함
 - MPLS-TP 장비간에 Control 메세지를 주고 받지 않음
 - 망내 장비에서 동적 요소를 없애 망 안정성 제공
 - 다른 망과 연결시 추가 장비 필요

 3-2) MPLS-TP의 백홀망 구축방안 

- ITU-T에서 정의하는 PTN 요구조건을 만족하기 위하여 MPLS-TP (MPLS Transport-Profile)을 통해 백홀 구성

4. IP-MPLS 

 4-1) IP-MPLS 의 개요 

 - 라우터내 Control Plane이 존재하여, 모든 라우터가 토폴로지를 수집/처리 하는 방법

(특징)

- 라우터 내 Control Plane 존재(L3 스위칭)
- 모든 라우터가 라우팅 프로토콜(OSPF, BGP)을 이용하여 네트워크 토폴로지를 수집하고 처리함
- IP-MPLS 장비간에 Control 메세지를 주고 받음
- 라우터 내 동적 요소로 인한 높은 CPU 부하 존재
- 다른망과 연결시 추가장비 불 필요

 4-2) IP-MPLS의 무선 백홀망 구축방안 

5. MPLS-TP vs IP-MPLS 

[네트워크 목차]

1. FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)

  1) 무선 통신에서 간섭 최소화, FHSS 개념

     - 정의 : 무선 채널에서 재밍, 도청, 페이딩 방지를 위하여, 여러 주파수 사이를 무작위로 호핑하면 전송하는 기술

     - 특징 : 저속 송수신,  구현비용 낮음, 재밍에 내성 강함

  2) FHSS 동작 방법   

2. DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)

  1) 무선 통신에서 간섭 최소화, DSSS 개념

     - 정의 : 원래의 신호에, 주파수가 빠른 확산코드를 XOR하여, 원 신호의 대역폭을 확산시키는 대역확산 변조방식

     - 특징 : 고속 송수신,  높은 주파수의 확산코드 사용

  2) DSSS 동작 방법   

[네트워크 목차]

1. 네트워크 주소의 개요

• 네트워크(망) 자체를 나타내는 주소로 다른 네트워크와 구분하는 역할을 하며, 동일한 브로드캐스팅 영역을  정의하는 식별자(ID)
• MAC(Media Access Control)주소 통용 영역, 타 네트워크로 이동하기 위해서는 IP 주소 필요

2. 네트워크(Network) 주소에 따른 분할

1) IP를 이용한 네트워크 주소 분할

• 네트워크 ID는 전체 네트워크가 좀 더 작은 네트워크로 분할된, 각 호스트가 속한 네트워크를 대표
• 네트워크 ID는 클래스에 따라 8비트, 16비트, 24비트 크기로 분류
• IP주소 = 네트워크 ID + 호스트 ID

2) 네트워크의 분할

3. IPv4 클래스에서 네트워크 주소

1) 클래스별 네트워크 주소

• IP 주소는 비트로 구분하지만 네트워크 ID를 크게 만들거나 호스트 ID를 작게 만들어서 네트워크의 크기 조정 가능
• 네트워크의 크기는 클래스 개념으로 구분하며, IP 주소는 네트워크의 규모에 따라 A, B, C, D, E 클래스로 구분
• D 클래스는 IP 멀티 캐스팅용으로, E 클래스는 연구 및 특수 용도로 사용하는 주소이므로 일반 네트워크에서는 A 클래스(대규모 네트워크 주소), B 클래스(중형 네트워크 주소), C 클래스(소규모 네트워크 주소)를 사용 가능
• 다음 그림과 같이 IP 주소 맨 처음 바이트의 첫 1비트가 0이면 A 클래스, 첫2비트가 10이면 B 클래스, 첫 3비트가 110이면 C 클래스, 첫 4비트가 1110이면 D 클래스, 첫 4비트가 1111이면 E 클래스

2) IPv4 클래스 유형

4. 네크워크 주소와 브로드캐스트 주소

1) 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소 설정

• 컴퓨터에 할당할 수 없는 특별한 IP 주소인 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소
• 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용할 수 없는 주소
• 일반적으로 사용하는 C 클래스의 사설 IP 주소 경우 예)

     -  네트워크 주소는 호스트 ID가 2진수로 00000000이고 10진수로 0인 주소.

     -  브로드캐스트 주소는 호스트 ID가 2진수로 11111111이고 10진수로 255인 주소

2) 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소 활용

• 네트워크 주소 활용

     - 네트워크 주소는 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별할 때 사용

     - 호스트 ID가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표하는 주소 (전체 네트워크의 대표 주소가 네트워크 주소)

     - IP 주소가 192.168.35.1~192.168.35.5인 컴퓨터는 192.168.35.0(네트워크 주소)의 네트워크에 있음

• 브로드캐스트 주소 활용

     - 브로드캐스트 주소는 네트워크에 있는 모든 컴퓨터에 동시에 데이터를 전송할 때 사용되는 전용 IP 주소

     - 전체 네트워크에 데이터를 전송할 때는 호스트ID에 255를 설정

     - 브로드캐스트 주소 192.168.35.255로 데이터를 전송하면 네트워크에 있는 모든 컴퓨터가 데이터를 수신

• 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 자신의 IP 주소로 설정할 수 없음

5. 인터넷 주소 체계