CHAPTER 06 이더넷과 LAN 프로토콜 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 1/22
New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 2/22 6.1 LAN 프로토콜과그특성 6.3 고속이더넷기술 LAN 프로토콜구조 LAN 토폴로지 LAN 의특성 고속이더넷 (fast ethernet) 기술 프레임의구성요소 동작원리 고속이더넷리피터와리피터의기능 6.2 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 CSMA 방식 CSMA/CD 재전송스케줄링기법 IEEE 802.3 프레임구조
6. 1 LAN 프로토콜과그특성 LAN 프로토콜구조 LAN(Local Area Network) 이란? 하나의빌딩이나대학캠퍼스정도의범위내에있는 personal computer, 서버, 프린터, 라우터, 워크스테이션등이상호연결되어구성된네트워크시스템 거리에제한을둠으로써비교적높은데이터전송률제공이가능해짐 널리알려져있는 LAN 프로토콜에는이더넷표준인 IEEE 802.3 CSMA/CD 이외에도, IEEE 802.5 토큰링 (token ring) 표준, IEEE 802.4 토큰버스 (token bus) 표준등이있음 IEEE 802 LAN 표준의계층구조 [ 그림 6-1] 물리 PHY 계층 : 전기, 기계적인특성에대한표준을정의 데이터링크계층 : 오류없이패킷을전송하는기능을수행하는계층 데이터링크계층은다시 MAC (Media Access Control) 부계층과 LLC (Logical Link Control) 부계층으로구분 MAC 부계층 : 공유미디어에대한접근의조정기능 LLC 부계층 : 공유미디어에대한접근감독기능 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 3/22
6. 1 LAN 프로토콜과그특성 LAN 토폴로지 (1) 성형토폴로지 각노드가허브와같은중앙노드에직접연결되는형태 물리적구조는성형이지만, 논리적으로는버스형토폴로지와유사 [ 그림 6-2] ➊ 장점 각노드에서의연결은하나의링크와 I/O 포트만을요구 하므로설치비용이저렴 하나의링크가끊어져도이는다른링크에영향을주지 않으므로안정성측면에서유리 접속하는링크가서로독립적이어서, 노드의확장성측면에서유리함 ➋ 단점 중앙노드에문제가발생하면네트워크전체에영향 버스형이나링형에비해연결에필요한링크의수가증가 데이터양이증가하면지연시간이길어짐 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 4/22
6. 1 LAN 프로토콜과그특성 LAN 토폴로지 (2) 버스형토폴로지 각노드가허브와같은장치로구성된중앙노드에직접연결되는형태 물리적구조는성형이지만, 논리적으로는버스형토폴로지와유사 [ 그림 6-3] ➊ 장점 설치가간단하고비용이저렴 확장성이양호하고, 한노드의오류가다른노드에영향을주지않아우수한안정성 연결에필요한링크길이최소화 ➋ 단점 노드수가증가하면성능이저하하며, 링크에문제가발생하면네트워크전체에영향 링크의길이가길어지면신호의감쇄현상 중계기사용필요 데이터양이증가하거나노드수가증가하면, 충돌현상이빈번해져서네트워크의성능저하 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 5/22
6. 1 LAN 프로토콜과그특성 LAN 토폴로지 (3) 링형토폴로지 닫힌원의형태로구성되며, 이때링크는한쪽방향으로만전송이가능하도록설정하는것이일반적임 [ 그림 6-4] 패킷은링을따라계속돌다가전송측노드에서제거됨 ➊ 장점 구조가간단하여설치와재구성이용이함 성형보다링크의길이를줄일수있어경제적임 어느노드에문제가발생하면그위치파악이용이하고, 문제발생시신속한복구가능 ➋ 단점 제어절차가복잡 하나의노드에서의오류는링전체에영향을줌 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 6/22
6. 1 LAN 프로토콜과그특성 LAN 의특성 처리율 처리율 (throughput) 이란? 단위시간당링크가처리할수있는데이터양을말함 ( 예 ) 전송측의전송률이 10Mbps 일때 MAC 프로토콜의효율을 80% 로가정하면, LAN 의처리율은 8Mbps 가됨 시간지연성 하나의패킷이전송측 network interface 로부터목적지컴퓨터까지전송되는데걸리는시간 시간지연 4 요소 미디어접근시간 (medium access time) : 한노드가패킷을전송하기위해기다려야하는시간전송시간 (transmission time) : 전송률에의해나누어진패킷내의비트수와같음 대기시간 (queuing time) : 네트워크인터페이스에먼저도착한패킷을전송하기위해걸리는시간으로, 전송되기위해패킷이기다려야하는시간 전파시간 (propagation time) : 미디어에따라신호가전송되는데걸리는시간으로, 신호전송로의길이를 L, 전파속도를 C 라고하면, 전파시간은 L/C( 초 ) 로표현됨 보안성과신뢰성 보안성 (security) 외부로부터발생되는사이버위협이나공격으로부터시스템을보호하거나, 혹은데이터의유출에대처하는것과관련됨 신뢰성 (reliability) 노드나링크에이상이발생했을경우동작이중지되지않고계속유지될수있도록하는특성 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 7/22
파일전송시간예제 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 8/22
6. 2 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 CSMA 방식 경쟁 (contention) 을기반으로하는전송방식 만일전송채널이 busy 상태라면, 얼마동안기다렸다가다시전송을시도 데이터를전송한후에는확인응답인 ACK 를받을때까지기다림 최대왕복전파지연시간과수신스테이션이 ACK 를전송하기위해채널에접근하는시간이고려되어야함 전파지연시간내에두개이상의스테이션이동시에전송을개시하는경우, 전송패킷간의 collision 발생 [ 그림 6-5] ( 발생이유 ) 둘이상의노드가동시에 carrier sensing 프로세스를수행하는경우, 두노드모두전송채널이휴지상태라고판단해서프레임을동시에전송했기때문 [ 그림 6-5] A 스테이션과 Z 스테이션이동시에프레임을전송하였고, 그결과충돌이발생 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 9/22
6. 2 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 방식 CSMA/CD 방식 LWT (Listen While Talk) 방식 CSMA 에서두데이터패킷사이에충돌이발생하면전송지연이발생하게되어처리율이저하 CSMA/CD 에서는데이터전송중전송미디어를검사하여충돌에의한전송지연을줄임 데이터전송중에도충돌탐지 (collision detection) 프로세스를수행하여충돌을신속하게감지 만일충돌이감지되면, 프레임전송을즉시중단시켜효율성을향상 [ 그림 6-6] CSMA 프로토콜에아래와같은규칙추가 충돌이발생했다는것을다른모든노드에게 알리기위해 32 비트크기의임의의데이터를전송 충돌신호또는 재밍신호 (jamming signal) 라고함 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 10/22
6. 2 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 재전송스케줄링기법 - 이진지수백오프기법 이진지수백오프기법 충돌이 n 번연속해서발생하며, 16 번연속충돌이발생하면전송을포기한다고가정 m 값을 n 값과 10 중에서작은값으로선택한다음, 에서하나의값을임의의값이되도록선택 선택한값을 k 라하면, (k 512) 비트타임동안기다린후에데이터전송과정을다시시작 충돌이감지되면재밍신호를통해모든스테이션에충돌이일어난것을알림 각스테이션은임의시간동안기다린후, 이진지수백오프기법 에의해재전송시도 프레임간대기시간 (IFG) 어느하나의노드가계속해서미디어의사용권한을갖고프레임들을전송하면, 다른노드들은전송의기회조차없게됨 이것을방지하며모든노드들에공평하게프레임전송기회를주기위해사용하는기법 만일프레임의전송을완료한스테이션이있다면, 이는 IFG 시간 (96 비트시간 ) 후에, 다시전송을시도함 CSMA/CD 방식은재전송횟수가증가할수록선택범위를확대함 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 11/22
6. 2 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 12/22 IEEE 802.3 프레임구조 프리앰블 (Preamble) : 프레임의처음에위치하여각 MAC 장치의수신회로가실제프레임의내용을수신하기전에비트동기화를수행 10101010 ( 일련번호패턴 ) SFD(Start of Frame Delimiter) : 10101011 로서프레임의시작을수신측에알림 DA(Destination MAC Address : 목적지주소 )/ SA (Source MAC Address: 전송측주소 ) : 48비트로구성되고, 첫번째비트는개별주소인지그룹에속한주소인지를알려줌 ( 방송형인경우 주소영역의모든비트가 1이됨 ) 길이표시자 (length) : 데이터영역의바이트수를표시 유료부하 (Payload) : 사용자데이터로채워지며, 최댓값은 1500바이트 FCS(Frame Check Sequence) : 오류검출을위한 CRC (Cyclic Redundancy Check) 코드값
이진지수백오프기법에대한예제 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 13/22
6. 3 고속이더넷기술 고속이더넷 (fast ethernet) 기술 고속이더넷기술 기존의이더넷의전송속도를보다유연하게 100Mbps 로향상시킨것 이에대한연구는 1992 년경에시작되어, 1992 년 11 월 IEEE 802.3 higher speed study group 에서대역폭을주제로연구가진행됨 1995 년에표준화완료 이후더발전시킨초고속 ( 기가비트 ) 이더넷이개발됨 전송속도를높이기위해대역폭을향상시키는 2 가지방법 ➊ 보다빠른컴퓨터시스템을개발하거나, 보다향상된브릿지, 라우터, 또는스위치를가진시스템을개발하는방법 ➋ 보다빠르고효율적인데이터링크를설계하는방안 고속이더넷의경우에는보다빠르고효율적인데이터링크계층의기능을다시설계함으로써고속이더넷을구현하는방법을사용함 3 쌍의라인 데이터전송에사용됨 고속이더넷케이블 [ 그림 6-9] : 카테고리 5 가더높은전송률을가짐 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 14/22
6. 3 고속이더넷기술 프레임의구성요소 프레임의형식 목적지주소영역 : 프레임을받게되는노드의주소 전송측주소영역 : 프레임을보내는노드의주소 L/TLength/Type 영역 : 데이터가보내지는형태 FCS 영역 : 프레임이목적지노드에정확하게전송되었는지를확인해주는부분 MAC 주소 또는 노드주소 I/G 비트 : 개별또는그룹주소표시영역 0 개별주소 (MAC 주소 ) / 1 그룹주소 ( 멀티캐스트주소, 기능주소 ) U/L 비트 : 범용또는지역관리표시영역 OUI : IEEE 에서네트워크어댑터의제조업자와인터페이스제조업자에게할당 OUA : 제조회사가노드에지정할수있는주소를나타내는숫자 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 15/22
6. 3 고속이더넷기술 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 16/22 IEEE 802 표준안시리즈
6. 3 고속이더넷기술 동작원리 각계층의동작 고속이더넷의 MAC 부계층은프레임을전송하기전에, 미리전송미디어상의신호상태를살핌 물리계층 (PHY) 에서캐리어신호를감지하면, 전송미디어상에캐리어신호가있다는것을 MAC 계층으로알림 MAC 계층에서는미디어상의다음프레임이전송되기전마지막으로전송되는프레임사이에해당하는최소시간동안만기다림 기존의이더넷에서와마찬가지로이시간을 IPG (InterPacket Gap) 라고함 동작설명 [ 그림 6-13] 1 번프레임이전송된후에 LAN 상의모든노드는전송하기전 IPG 시간을기다림 3 번프레임이끝난후 IPG 시간이지나서야다른노드에서프레임을보낼수있게됨 이러한규칙은고속이더넷미디어접근규칙에대한 CSMA 프로토콜부분에해당 충돌을피하기위해서간단한명령응답메커니즘 (command response mechanism) 을사용 패킷은명령과응답부분으로구분됨 각각의명령 / 응답을필요로하는노드에의해전송 만약일정시간이지나도명령이전송되지않으면 원본명령이재전송 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 17/22
6. 3 고속이더넷기술 고속이더넷리피터 리피터 (repeater ) 거리가증가함에따라서감쇄되는신호를재생시키는장치 서로분리된동일 LAN 에서거리를연장하거나, 접속되는세그먼트의수를증가시키기위해사용 고속이더넷에서하나의네트워크에서는하나혹은두개의리피터만존재해야하며, 이는네트워크의직경이 200~205m 이내에서만허용됨 리피터에서의데이터전송과정 노드에서프레임을전송하기위해패킷단위로변환 [ 그림 6-14] 변환된패킷을전기신호를사용해서리피터로전송 리피터는이패킷을연결된다른포트 (port) 로전송 리피터의각포트는해당물리계층 (PHY) 에연결되어있고, 케이블상의전기또는광신호와표준디지털신호등으로상호변환되도록함 고속이더넷에서제공되는미디어형태 [ 표 6-2] New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 18/22
6. 3 고속이더넷기술 리피터의기능 transmit function : 각포트에접근할수있도록미디어에적합한형태로신호를출력하는기능 receive function : 표준방법으로전송되는신호를수신할수있는기능 data handling function : 충돌이발생하지않을경우포트사이에서신호를전송하는기능 received event handling function : 어느한노드에서데이터를전송하는것을감지하는기능 signal restoration function : 전송받은신호에서이상이있을경우, 재전송함으로서신호를정상적으로복구시키는기능 error handling function : 링크상오류와데이터의충돌을감지하는기능 partition function : 어느한노드에서의충돌이계속해서발생되는경우, 이를제거시킬수있는기능 receive jabber function : 어느노드가장시간데이터를전송하고있는경우, 리피터가노드의전송을중지시킬수있는기능 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 19/22
6. 3 고속이더넷기술 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 20/22 리피터의물리적접속 100Base-TX 와 100Base-FX 의네트워크인터페이스와리피터사이의물리적접속은 전이중방식 으로되어있음 [ 그림 6-16]
전송최대프레임수와효율에대한예제 New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 21/22
Q & A New 데이터통신과네트워킹이더넷과 LAN 프로토콜 22/22