Multiple Access Protocols

상위 문서: Data Link Layer

개요

네트워크 링크는 point-to-point 링크와 브로드캐스트(broadcast) 링크로 구분된다. Point-to-point 링크는 링크의 양쪽 끝에 각각 하나의 노드가 존재하는 구성이다. 많은 PPP(Point-to-Point Protocol)와 HDLC(High-Level Data Link Control)와 같은 여러 link layer의 프로토콜이 이 point-to-point 링크를 기준으로 설계되어 있다. 브로드캐스트 링크는 다수의 노드들이 하나의 공유 브로드캐스트 채널에 연결될 수 있는 링크이다. 이때 "브로드캐스트"는 하나의 노드가 프레임을 전송하면 채널이 그 프레임을 모든 노드에게 방송(broadcast)하여, 다른 모든 노드들이 그 복사본을 수신하게 됨을 의미한다. 이때 이더넷(Ethernet)과 무선 LAN(wireless LAN)과 같이 여러 기술들이 브로드캐스트 링크를 위해서 설계되어 있다.

Multiple access problem

브로드캐스트 링크에서 가장 중요한 문제 중 하나는, 여러 노드가 공유되는 브로드캐스트 채널은 어떻게 함께 사용할지에 대해 조율하는 문제, 즉, 다중 접근 문제(multiple access problem)이다. 모든 노드가 프레임을 전송할 수 있기 때문에, 두 개 이상의 노드가 동시에 하나의 브로드캐스트 채널을 통해 프레임을 전송할 수 있다. 이런 경우, 모든 노드들은 동시에 여러 프레임을 수신하게 되고, 전송된 프레임들이 충돌(collision)하게 된다. 일반적으로는 충돌이 발생하면 해당 프레임을 수신한 노드는 어떤 프레임도 제대로 해석할 수 없게 된다. 이렇게 되면 충돌에 관련된 모든 프레임은 무의미해지고, 충돌이 발생한 동안 브로드캐스트 채널은 낭비된다. 따라서 여러 노드들이 동시에 활성화되어 있을 때, 브로드캐스트 채널에 대한 이들의 전송을 조율하는 방법이 필요하며, 이는 다중 접근 프로토콜(multiple access protocol)을 통해서 구현된다.

이상적인 다중 접근 프로토콜은 다음과 같은 특징을 만족해야 한다:

1. 오직 하나의 노드만 데이터 전송이 필요할 경우, 그 노드는 채널의 최대 성능인 R bps의 처리량을 얻는다.
2. M개의 노드가 데이터 전송을 원할 경우, 각각의 노드는 채널의 대역폭을 공평하게 공유하여 평균적으로 R/M bps의 처리량을 갖는다.
   • 이는 항상 순간적으로 R/M을 유지해야 한다는 뜻은 아니며, 일정 시간 구간에 걸친 평균 전송률이 R/M이 되어야 한다는 뜻이다.
3. 프로토콜은 분산형(decentralized)이어야 하며, 해당 프로토콜을 위해 특별한 노드가 존재해서는 안된다. 또한 clock 동기화나, slotting과 같은 전역적인 제어 메커니즘이 없어야 한다.
4. 프로토콜은 단순해야 하며, 구현 비용이 저렴해야 한다.