데이터 프레임(Data Frame), 데이터그램(Datagram)

데이터 프레임(Data Frame)
패킷 교환에서, 데이터 단말 장치와 망과의 사전 접속 절차에 의하지 않고, 하나하나의 패킷이 발신 데이터 단말 장치와 수신처 데이터 단말 장치 간의 경로 지정을 위한 충분한 정보를 가지고 있는 패킷.

데이터그램(Datagram)데이터 통신망에서 하나의 블록 또는 패킷으로 전송되는 정보의 단위. 망의 데이터 연결 계층 규약(data link layer protocol)에 의하여 정의되며 망 노드 간의 매체상에서만 존재한다. 프레임은 다른 층들에서는 다른 형식을 취한다. 데이터는 데이터 프레임의 시작 및 끝 제어 정보 사이에 봉입된다.

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그림1 TCP/IP 계층별 패킷

애플리케이션 계층메시지를 송신 호스트에서 트랜스포트 계층으로 보낸다. 가장 간단한 경우에 트랜스포트 계층은 메시지에 수신 측 트랜스포트 계층에서 사용될 추가정보(트랜스포트 계층헤더)를 더한다. 애플리케이션 계층 메시지와 트랜스 포트 계층 헤더 정보는 모두 트랜스 포트 계층 세그먼트를 구성한다. 트랜스포트 계층 세그먼트는 애플리케이션 계층 메시지를 캡슐화 한다.

추가된 정보는 적당한 애플리케이션으로 메시지를 보내도록 수신 측의 트랜스포트 계층으로 부여된 정보와 메시지에 비트들이 변경되었는지 아닌지를 수신자가 결정하게 하는 오류 검출 비트를 포함한다. 그 다음 트랜스포트 계층은 세그먼트를 네트워크 계층으로 보내며 네트워크 계층은 출발지와 목적지 종단 시스템 주소와 동일한 헤더 정보를 추가하여 네트워크 계층 데이터 그램을 만든다. 이 데이터그램은 링크 계층으로 전달되고 링크 계층도 자신의 헤더 정보를 추가하고 링크 계층 프레임을 만든다. 따라서, 우리는 각 계층에서 패킷은 헤더 필드와 페이로드 필드(payload  field)라는 두 가지 형태의 필드를 갖는다는 것을 알 수 있다. 페이로드는 일반적으로 그 계층 상위로부터의 패킷이다.

그림2 TCP/IP 데이터 패킷 흐름

예로 우편 서비스를 생각하면 우편번호가 헤더/트레일러가 된다.

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하위계층으로 내려오면서 정보들이 덧붙혀진 패킷을 다음과 같은 이름으로 부른다.

하위계층으로 내려오면서 헤더와 트레일러 정보가 붙고 이렇게 정보가 덧붙혀진 패킷을 위 그림과 같은 이름으로 부른다(트레일러는 링크계층에서만 사용되고 다른 계층에서는 거의 사용되지 않아서 그림에서는 트레일러를 생략).
전송계층 패킷을 세그먼트라고 부르는데 UDP프로토콜을 이용할 경우에는 사용자 데이터그램(User Datagram)이라고도 부른다. 하지만 네트워크계층 패킷의 이름인 데이터그램과 헷갈릴 수 있으므로 계속 세그먼트라고 부르겠다.
이렇게 헤더와 트레일러를 붙이는 것을 캡슐화(encapsulation)한다고 한다. 왜 캡슐화라고 부르냐면 상위계층에서 내려온 패킷은 현재 계층의 헤더와 트레일러로 캡슐처럼 감싸져 하위계층에서 볼 수 없기 때문이다.
캡슐화된 패킷이 네트워크 전반에 걸쳐 어떤 과정을 거쳐 전송되는지 살펴보자.

먼저 어플리케이션 계층에서 어플리케이션 고유의 헤더를 붙여 메시지를 만들고 이를 트랜스포트 계층으로 내려보낸다.
그러면 트랜스포토 계층에서는 어플리케이션을 구분하는 고유한 포트번호와 기타정보를 기록하여 세그먼트를 생성하고 네트워크 계층으로 내려보낸다.
네트워크 계층에서는 수신지의 호스트를 구분하는 IP주소와 트랜스포트 프로토콜 타입(TCP 혹은 UDP), 그리고 그외의 정보들을 기록하여 데이터그램을 생성하고 링크 계층으로 내려보낸다.
링크 계층에서는 호스트에서 라우터까지 데이터그램을 전송하기 위해 이더넷(PPP등도 있다) 헤더와 트레일러를 붙혀서 프레임을 만들고 라우터까지 전송한다.
라우터에서는 프레임을 수신한후 링크 헤더는 필요 없으므로 떼서 버리고 데이터그램의 헤더를 확인하고 어느쪽으로 보내야 할지 결정한다. 방향이 결정되면 그 쪽으로의 링크에 맞게 링크 계층 헤더를 붙혀 프레임을 만든후 전송한다.
수신측에서 프레임을 수신하면 역시 데이터 링크 헤더는 필요 없으므로 버리고, 네트워크 계층의 주소를 확인하여 자신에게 온것이 맞는지 확인한다. 맞다면 트랜스포트 프로토콜 타입(TCP 혹은 UDP)을 확인한후 네트워크 계층 헤더를 떼어버리고 세그먼트를 알맞은 트랜스포트 계층으로 올려준다.
트랜스포트 계층에서는 포트번호를 확인한 후 알맞은 어플리케이션으로 메시지를 올려보낸다.

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대역폭

대역폭(Bandwidth, 순한국말:띠너비)은 특정한 기능을 수행할 수 있는 주파수의 범위로, 헤르츠 단위로 측정된다. 대역폭은 정보 이론, 무선 통신, 신호 처리, 분광학 등 여러 분야에서 중요한 개념으로 다룬다. 셰논 하틀리(Shannon-Hartley) 이론에 따르면, 신뢰성 있는 통신의 자료 전송율(data rate)은 통신을 위해 쓰이는 신호의 주파수 범위에 밀접하게 비례한다. 여기서 말하는 대역폭이라는 용어는 통신 시스템의 자료 전송율 또는 주파수 범위(또는 둘 다)를 말한다. 이를테면, 무선 통신에서는 변조된 반송파(carrier wave)가 차지하는 주파수 범대역폭이라고 한다.
대역폭은 한 가지로 정확하게 정의하기 힘든 개념이며, 주파수 영역에서 특정 기능이 얼마나 넓은 범위 안에서 동작하는지를 나타내는 모호한 개념으로 인식된다. 다른 영역에서는 또다른 (구체적인) 개념으로 정의되기도 한다. 시스템, 필터, 신호들은 대역폭을 가진다. 시스템, 필터, 신호가 동작하는 주파수 범위를 대역폭이라 정의할 수 있다. 대역폭은 절대주파수를 말하는 것이 아니라 단지 점유범위를 나타낸다.

ITS 정보통신 프로토콜 표준

•  ∙ Simple Network Management Protocol (SNMP)

- SNMP에 기반을 둔 스택은 센터/노변장치간 통신 응용을 위해 간단한(그러나 대역폭 사용에 있어서 비효율적인) 프로토콜을 제공한다. 이것은 높은 대역폭과 작은 메시지 크기를 사용하는 네트워크에 적합하며 필요시, 전송 계층에서 선택사항으로 인터넷 프로토콜(IP)을 사용할 수 있다.

• ∙ Simple Transportation Management Protocol (STMP)

- STMP는 SNMP을 확장한 것이며 센터/노변장치간 메시지를 동적 복합 객체를 사용하여 효율적(대역폭 측면에서)으로 전송할 수 있다. 이 프로토콜에 기반을 둔 스택은 낮은 대역폭과 큰 메시지 크기를 사용하는 네트워크에 적합하다. 필요시, 전송 계층에서 선택사항으로 인터넷 프로토콜(IP)이 사용할 수 있다.

• ∙ Data Exchange Between Systems (DATEX)

- DATEX는 일반적인 목적의 센터/센터간 데이터 교환 프로토콜 스택을 제공한다. DATEX는 동등계층 네트워크에서 기본 인터넷 프로토콜(TCP/IP and UDP/IP)을 사용하여 미리 정의된 메시지 전송한다. 응용 계층의 기본 표준은 ISO 표준인 DATEX ASN을 사용한다.

• ∙ Common Object Request Broker Architecture(CORBA)

- 센터/센터간 통신 프로토콜은 동일한 이름의 컴퓨터 프로그래밍 언어 산업 표준에 기반을 둔다. 객체 지향 시스템을 위해 DATEX에서는 지원하지 않는 서비스를 제공한다.

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< ITS 정보통신 프로토콜의 5계층 구조 >

• ∙ 정보(Information) 계층

- 데이터 요소, 객체, 메시지에 관한 표준

(예를 들면 TCIP, TS3.5, MS/ETMCC 등)

• ∙ 응용(Application) 계층

- 데이터 패킷(packet) 구조, 세션 관리에 관한 표준

(예를 들면 SNMP, STMP, DATEX, CORBA, FTP 등)

• ∙ 전송(Transportation) 계층

- 데이터 패킷 서브디비젼, 패킷 리어셈블링, 라우팅에 관한 표준

(예를 들면 TCP, UDP, IP)

• ∙ 서브네트워크(Subnetwork) 계층

- 물리적 인터페이스와 데이터 패킷 전송 방법에 관한 표준

(예를 들면 HDLC, PPP, Ethernet, ATM 등)

• ∙ 플랜트(Plant) 계층

- 통신에 사용되는 물리적 전송 매체에 관한 표준

(예를 들면 구리선, 동축케이블, 광섬유, 무선 등)

 

Multi-drop

데이터 전송 방식에서, 하나의 회선에 다수의 단말 장치를 접속할 수 있도록 한 것. 회선으로부터의 데이터는 모든 단말에서 동시에 이용할 수 있도록 되어 있다. 각 단말은 다른 단말에 온 데이터를 저지하지 않도록 되어 있을 필요가 있다. 이 방식에서는 각 단말 상호간에서의 데이터의 혼신을 방지하기 위한 통신 프로토콜이 필요하며, 이를 위해 ANSI의 데이터 링크 제어 규격, IBM사의 SDLC bisync, 그리고 CCITT에 의한 패킷 교환 규격 X.15 등이 있다.