제 12 장 근거리통신망 Chapter 12. Local Area Network Copyright c 2016 Hwang Min Tae 1 12.1 프로젝트 802 근거리통신망 (LAN: Local Area Network) 제한된거리내다수의독립적인장치들이직접통신할수있도록한데이터통신시스템 프로젝트 802 IEEE에서다양한제조업자들이만들어내는장비들간에상호통신을가능하게하는표준안제정프로젝트 2 1
프로젝트 802 와 OSI 모델의데이터링크층비교 LLC(Logical Link Control) ~ IEEE 에서정의모든 LAN 에공통으로적용되는기술로 LAN 의구조에무관 MAC(Media Access Control) ~ 공유매체를사용하는 LAN 에서경쟁 (Contention) 문제를해결하는방법 3 IEEE 802.1 LAN들간의인터네트워킹 (Internetworking) 관련표준 IEEE 802.2 LLC(Logical Link Control) 모든 LAN 프로토콜에공통적으로사용 LLC 데이터단위는 PDU(Protocol Data Unit) ~ HDLC 프레임구조 DSAP와 SSAP는송수신측프로토콜스택을구분하기위해 LLC가사용하는주소 LLC의제어필드는 HDLC의제어필드와동일 플래그, 주소및 CRC 필드는하위부계층 (MAC 계층 ) 에포함되어있음 4 2
ALOHA 12.2 이더넷 하와이대학에서개발한최초의 MAC 프로토콜 5 Pure ALOHA ~ 언제든지보내고중앙국으로부터응답이없으면충돌발생확인 Slot ALOHA ~ 타임슬롯의시작에서만전송시도 6 3
CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 전송채널을타임슬롯 (Time Slot) 간격으로체크 3 가지동작방식 1-Persistent 방식 ~ 유휴상태이면확률 1 로써전송하나사용중이면다음타임슬롯에서재시도 p-persistent 방식 ~ 유휴상태이면확률 p 로써전송하나사용중이면다음타임슬롯에서재시도 non-persistent 방식 ~ 유휴상태이면확률 1 로써전송하나사용중이면랜덤타임슬롯후에재시도 3 가지방식모두전송후에수신측으로부터응답이도착하지않으면충돌이발생한것으로간주하고랜덤타임슬롯후에재시도 1-Persistent p-persistent non-persistent 전송무응답재시도 7 통신망사용효율비교 8 4
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 충돌 (Collision) 이란? 9 CSMA 에서는프레임전송이끝나야충돌확인가능 응답을받지못한경우에충돌로간주 프레임이전송되는동안다른스테이션은매체이용불가 CSMA/CD 에서는프레임전송중간에충돌이확인되면충돌로인한시간낭비를줄임 전송한프레임이충돌발생시잡음이되돌아오도록하여충돌여부확인 충돌검출시모든스테이션에경고신호 (Jamming Signal) 전달 10 5
충돌검출을위한프레임의크기요구사항 프레임이너무길면한노드가독점 프레임이너무짧으면전송후목적지에도달하기전에발생하는충돌검출불가 최악의경우충돌을검출하는시간은매체가취급하는가장긴거리까지신호가가는데걸리는시간의두배 ( 왕복시간 ) 11 이더넷 (Ethernet) 현재근거리통신망 (LAN) 의대표적프로토콜 제록스 (Xerox) 사에서개발 DEC, Intel, Xerox 에서공동으로제품화 (DIX Ethernet) MAC 계층의기능은 CSMA/CD 방식으로동작하며이더넷프레임구조의일부가수정되어 IEEE 802.3 으로표준화 이더넷과 IEEE 802.3 프레임비교 12 6
IEEE 802.3 프레임구조 수신측주소의첫비트가 1 로시작하면그룹주소, 모두비트 1 이면방송주소 프레임최소길이는 512 비트 (64 바이트 ) 이고, 최대길이는 1518 바이트 리피터를포함하여약 2.5Km 길이의 LAN 고려 ( 왕복 5Km) 신호왕복시간은리피터지연을포함하여약 50usec 정도임 10Mbps 이더넷 (Ethernet) 에서최소프레임크기는 512 비트가됨 13 리피터 (Repeater) 스테이션간최대거리를넘어서는경우디지털신호의세기가약해지므로이를증폭하는장치가필요 두스테이션간에최대 4개까지로규정 내컴퓨터의이더넷주소확인법 14 7
IEEE 802.3 물리계층분류 10Base2 접속형태 15 10Base5, 1Base5 및 10Base-T 접속형태 16 8
12.3 또다른이더넷네트워크 교환형이더넷 (Switched Ethernet) 기존의허브를이용한이더넷 ~ 전체스테이션에방송형태로전달됨 교환형이더넷 ( 혹은스위칭이더넷 ) ~ 목적지주소를인식해서해당스테이션에게만전달 17 교환형이더넷은스위치기능을갖는허브 (Hub) 에다주소학습기능을추가 각포트에연결된단말의 MAC 주소를학습 ( 포트번호와 MAC 주소테이블유지 ) 전체포트로방송하지않고수신단말이연결된포트로만프레임전달 적은비용으로이더넷의성능을향상시킴 스위칭허브내의스위치구조 18 9
고속이더넷 (Fast Ethernet) 100Mbps 데이터전송률을가진이더넷의일종 근거리통신망에서단일서버에의병목현상을해결하기위해사용 프레임형식과접근방법 (CSMA/CD) 을그대로사용함 충돌영역 ( 이용거리 ) 를기존 10Mbps 이더넷의 1/10 로제한 19 기가비트이더넷 (Gigabit Ethernet) 물리계층은주로광케이블을사용 접근방법 (CSMA/CD 방식 ) 은동일함 충돌영역을 25m 이내로제한하는방법 충돌영역을고속이더넷과동일하게사용하되최소프레임크기를 512 바이트로확장하는방법 고속이더넷망을연결하는백본역할 20 10
12.4 Token Ring : IEEE 802.5 토큰링의개요 IEEE 802.5 표준에서정의 토큰을이용하여각스테이션에송신권한부여 ( 충돌발생없음 ) 송신권한을가진스테이션은이웃스테이션에게만전송 모든스테이션이토큰이나데이터프레임의전송에참여 한스테이션이오동작하면토큰이나프레임을수신할수없음 전송률 : 16Mbps ( 초기버전은 4Mbps) 차분맨체스터부호화를사용 21 동작원리 22 11
토큰과프레임포맷 SD(Start Delimiter) ~ 동기화및프레임시작표시용 AC(Access Control) ~ 우선순위표시용 ( 토큰표시용으로도사용 ) FC(Frame Control) ~ 프레임종류 ( 제어정보또는데이터 ) 표시 ED(End Delimiter) ~ 프레임종료표시 FS(Frame Status) ~ 수신측에서프레임내용을복사했음을표시 23 12.5 FDDI FDDI(Fiber Distributed Data Interface) 1980 년대초 ANSI 에의해개발및표준화 Fiber Optic Token Ring LAN 단일모드광섬유또는다중모드광섬유 서로반대방향으로도는이중링 (Primary, Secondary) 으로구성 Self-Healing 기능 ~ 링크가끊어지면링크양쪽스테이션에서자동으로단일링으로재구성 SAS(Single Attachment Station) ~ Primary 링에만연결 DAS(Dual Attachment Station) ~ 두개의링에모두연결 전송속도 : 100 Mbps 전체네트워크길이 : 200 km 스테이션간거리 : 2 km 이내 노드수 : 1000 개이내 LAN 을연결시키는 Backbone 으로주로쓰임 물리계층 : 4B/5B 부호화와 NRZI 사용 대역폭절약및동기능력향상 24 12
FDDI 동작원리 Self-Healing 기능 25 FDDI 프레임구조 26 13
슬롯링 (Slot Ring) 케임브리지링 (Cambridge Ring) 이라고도함 슬롯 (Slot) 링을순회하는구조화된프레임 프레임구조 : 목적지주소, 송신지주소, 데이터, 상태비트들 데이터전송 빈슬롯을만나면주소와데이터를삽입하고상태비트를바꾼다 보낼데이터가많더라도바로다음에오는다른빈슬롯을그냥보내게함으로써한스테이션이슬롯을독점하는것을방지한다 보낸프레임이담긴슬롯이되돌아오면이를빈슬롯으로만든다. 이때보낼데이터가있더라도다른노드에서사용할수있게빈슬롯으로내보냄 장거리링에적합하다 27 12.6 Token Bus : IEEE 802.4 토큰버스특징 이더넷과토큰링의특성을결합한형태 물리적으로는버스구조 논리적으로는링구조 ( 토큰전달을통해한번에한스테이션에게만송신권부여 ) 실시간처리를요구하는어플리케이션, 프로세스제어, 공장자동화등에적합 28 14
프레임구조 토큰링과의차이점은특별한토큰의구조가없다는점 FC 필드가토큰, 제어, 데이터프레임을구분해줌 토큰역시버스를통해전송되므로송신지 / 목적지주소가반드시명시되어야함 29 12.7 비교 LAN 비교 이더넷은부하가증가하면충돌과재전송으로인해성능저하 토큰링과 FDDI는모든부하에대해좋은성능보임 30 15
12.8 CSMA/CA : IEEE 802.11 Contention Window 31 CSMA/CA 의 Backoff 알고리즘 32 16