ChronoVoyager의 탐험 일지

1. 전송 제어 기능이란?

데이터링크 계층은 단순히 데이터를 전달하는 데 그치지 않고, 다음과 같은 세 가지 핵심 기능을 수행한다:

이러한 제어 기능이 필요한 이유는 다음과 같다:

• 프레임 단위 전송으로 인해 동기화 문제 발생
• 통신 회선 구성 방식 및 처리 속도 차이에 따른 충돌
• 물리적 오류 발생 가능성 (전기적 간섭, 잡음 등)
• 다중 사용자 환경에서의 전송 대상 식별 필요

2. 데이터 전송 절차 요약

데이터 전송은 다음의 5단계를 통해 이루어진다:

1. 회선 연결 – 단말기와 통신 회선을 물리적으로 접속
2. 데이터링크 확립 – 신뢰성 있는 데이터 전송 경로 구성
3. 데이터 전송 – 오류 검출 및 제어 기능을 이용하여 전송
4. 데이터링크 해제 – 논리적 연결 해제
5. 회선 해제 – 물리적 연결 종료

3. 오류 검출 방식의 핵심 개념

오류를 검출하기 위해선 데이터에 **리던던시 비트(중복 정보)**를 추가한다. 이를 통해 수신 측은 데이터의 무결성을 검증할 수 있다.

주요 오류 검출 방식

4. 대표적인 오류 검출 방식 정리

4.1 패리티 검사 (Parity Check)

• 1비트 리던던시를 추가하여 오류 검출
• 홀수/짝수 패리티 방식 존재

예시:

• 데이터: 1001010
• 짝수 패리티 사용 시 → 1의 개수 = 3 → 패리티 비트 1 추가 → 전송: 10010101

❗ 단점: 짝수 개의 오류가 발생하면 검출 불가능

4.2 블록합 검사 (Block Sum Check)

• VRC (Vertical Redundancy Check) + LRC (Longitudinal Redundancy Check)
• 2차원적으로 데이터를 검사하여 오류 위치까지 추적 가능

장점:

• 1비트 오류 정정 가능
• 여러 비트 오류 검출 가능

4.3 순환 중복 검사 (CRC)

• 데이터를 이진수 다항식으로 보고 특정 생성 다항식으로 나누기 연산 수행
• 버스트 오류도 검출 가능하여 가장 널리 사용됨

예시

• 생성 다항식: G(x)=x5+x2+1G(x) = x^5 + x^2 + 1 → 이진수: 100101
• 데이터: 101101001
• 체크섬: 00010
• 전송 데이터: 10110100100010

수신 측은 다시 동일한 다항식으로 나누어 나머지가 0이면 정상, 아니면 오류로 판단

4.4 검사합 (Checksum)

• 데이터를 일정한 비트로 나누고, 이들의 합과 보수를 계산하여 오류 검출

예시:

• 데이터: 00101001, 11001011, 10010001, 10001110
• 합계 계산 후 1의 보수를 붙여 전송
• 수신 측은 동일한 방식으로 확인

5. 오류 검출 코드의 종류

5.1 해밍 코드 (Hamming Code)

• 1958년 리처드 해밍이 고안
• 1비트 오류 정정 + 2비트 오류 검출
• 해밍 거리를 기반으로 동작

5.2 블록 코드 (Block Code)

• 데이터를 고정 길이 블록으로 나누고 리던던시 추가
• 해밍 코드 외에도 BCH 코드, 리드-솔로몬 코드 등이 포함
• CD, DVD 같은 저장 장치에 사용

5.3 콘볼루션 코드 (Convolution Code)

• 데이터 흐름을 따라 연속 부호화
• 여러 비트 오류를 정정 가능
• 모바일 통신 등 실시간 전송에 적합

6. 오류 수정 방식

• FEC 예시: 해밍 코드, 상승 코드
• BEC 예시: ARQ (자동 반복 요청), CRC + 재전송

7. CRC와 생성 다항식 이해하기

• CRC는 데이터를 이진수 다항식으로 보고, 특정 생성 다항식 G(x)G(x)G(x)로 나누어 체크섬을 구하는 방식이다. 모듈로-2 연산을 기반으로 하며, 덧셈과 뺄셈이 XOR 연산과 동일하다.
• 예시 
  • 전송 데이터: 101101001
  • 생성 다항식: x5+x2+1x^5 + x^2 + 1x5+x2+1 → 이진수: 100101
  • 체크섬(나머지): 00010
  • 최종 전송 데이터: 10110100100010
  • 수신 측에서 동일한 연산 수행 → 나머지가 0이면 오류 없음
  이 방식은 국제 표준에서도 널리 사용된다.

요약 정리