데이터 링크 오류제어

왜 배우는가: 데이터 링크 계층의 오류제어는 무선·유선 링크에서 프레임 손상을 복구해 상위 계층이 신뢰성 있는 전송을 믿고 쓸 수 있게 하는 기반이다. 검출·정정·재전송의 구분과 FEC·ARQ 선택 기준은 기술사 시험에서 용어형과 논술형 모두로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제125회 4교시 3번, 제110회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

데이터 링크 오류제어는 비트 오류를 검출하고, 정정 또는 재전송으로 복구하여 프레임의 신뢰성 있는 전달을 보장하는 기능이다.

핵심 키워드

• 비트 오류(Bit Error): 잡음·감쇠·간섭으로 수신 비트가 뒤집히는 현상
• 오류 검출(Error Detection): 중복 비트로 오류 존재 여부를 판정하는 기능
• 오류 정정(Error Correction): 수신측이 중복 정보로 원 데이터를 복원하는 기능
• FEC(Forward Error Correction): 송신측이 부호화한 중복 비트로 수신측 단독 정정
• ARQ(Automatic Repeat reQuest): 수신 확인과 타임아웃으로 손상 프레임을 재전송
• ACK / NAK: 정상 수신 확인 응답과 오류 수신 부정 응답
• CRC(Cyclic Redundancy Check): 순환 중복 검사에 의한 프레임 검출 부호

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 전선이나 무선으로 보낸 0과 1이 도중에 바뀌는 일이 생긴다. 데이터 링크 계층은 이를 찾아내고 고치거나 다시 보내서, 받는 쪽이 틀린 데이터를 쓰지 않도록 만든다.

정식 정의는 다음과 같다. 오류제어는 송신측이 프레임에 중복 정보를 덧붙이고, 수신측이 이를 이용해 오류를 검출하며, 필요하면 정정하거나 재전송을 요청하는 일련의 절차다. 여기서 데이터 링크 계층은 인접 노드 사이 한 홉의 프레임 단위에서 이 일을 수행한다.

오류 검출은 수신 프레임이 손상되었는지 판정하는 단계다. 패리티 비트와 CRC가 대표적이다. 패리티 비트는 1비트 오류만 확실히 찾는다. CRC는 다항식 나눗셈으로 중복 비트를 만들어 여러 비트 오류까지 검출한다.

오류 정정은 오류를 찾은 뒤 바로 고치거나 재전송으로 해결하는 단계다. 중복 비트만으로 고치는 방식을 FEC라 하고, 수신 확인과 재전송으로 해결하는 방식을 ARQ라 한다. 두 방식은 같은 중복 비트를 쓰지만 되돌림 채널의 사용 여부가 다르다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 유선 전송로는 오류율이 낮아 링크 계층이 검출만 해도 충분했다. 무선 링크, 위성, 고속 시리얼 버스에서는 잡음과 간섭이 커져 프레임 손상이 잦아졌다. 이에 따라 링크 단위에서 오류를 복구하는 기능이 필요해졌다.

상위 계층인 전송 계층이 재전송을 맡을 수도 있다. 그러나 링크 단위에서 바로 복구하면 손상 구간의 재전송 범위가 줄어 지연이 짧아진다. 이 점이 데이터 링크 계층에서 오류제어를 두는 이유다.

또한 프레임 단위의 흐름 제어와 결합하여야 한다. 수신측 버퍼 용량을 넘지 않도록 송신을 조절하면서 손상 프레임을 재전송해야 하므로, 오류제어는 흐름제어와 분리하기 어렵다. 정지-대기 방식과 슬라이딩 윈도우 방식이 이 결합의 두 형태다.

오류율이 높은 무선 링크에서 링크 계층 신뢰적 전달을 적용은 설계 원칙으로 자주 언급된다.