제 5 장 Local Area Network 한기준경북대학교컴퓨터공학과 kjhan@knu.ac.kr
목차 LAN 의개요및표준화 LAN 의매체접근제어 이더넷 (Ethernet) 인터넷트워킹 2006-10-11 Computer Engineering 2
LAN 의개요 제한된영역에서정보의교환과자원공유 특징 사설데이터통신망 빠르고집중적인특성으로높은전송속도요구 구성, 연결및사용이간단 2006-10-11 Computer Engineering 3
LAN 토폴로지 (a) 스타형 LAN (b) 버스형 LAN (c) 링형 LAN 2006-10-11 Computer Engineering 4
LAN 프로토콜구조 MAC : 매체의전송권을제어 LLC : 연결관리절차, ACK, NAC, 순서화, 흐름제어수행 (HDLC 의부분집합 ) 2006-10-11 Computer Engineering 5
IEEE 802 워킹그룹 802.11 무선랜 2006-10-11 Computer Engineering 6
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) CS(Carrier Sense) 네트워크가사용중인지감지 MA(Multiple Access) 네트워크가비어있으면누구든지사용가능 CD(Collision Detection) 프레임을전송하면서충돌여부를조사 2006-10-11 Computer Engineering 7
CSMA/CD 동작 1. 데이터를송신하기전에캐리어를감지한다 (carrier sense). 2. 송신개시이후충돌윈도우동안충돌발생유무를조사한다 (collision detection). 3. 충돌을검출하였을때는즉시송신을중지하고잼 (jam) 시퀀스를송신해서충돌을강화한다. Jam 신호 : 충돌이일어났음을보다확실하게알리기위해충돌을감지한모든스테이션들이보내는신호로서 32 비트길이 4. 그리고, 랜덤백오프시간을선택하고그시간이지나면그프레임을재송신한다. 2006-10-11 Computer Engineering 8
CSMA/CD 충돌 2006-10-11 Computer Engineering 9
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 2006-10-11 Computer Engineering 10
Worst case collision t Δt = A가전송을시작 A B t = tp Δt A B B 도전송을시작 t = t p A B B 가충돌을감지 t 2t = p A가충돌을감지 A B 전파지연시간 : t p 2006-10-11 Computer Engineering 11
슬롯타임 Bit Time : 1 bit 의전송시간 Slot Time 충돌감지절차에사용되는시간단위 Collision Window 라고도함 전파지연시간 *22 + safety margin 전송후 Slot Time 이경과되면충돌가능성은없어지므로채널을완전하게확보하였다고볼수있다 Late Late Collision : Slot Time 이후에발생하는비정상적인충돌, 이러한충돌이감지되면즉시상위계층에보고하고전송을중지 2006-10-11 Computer Engineering 12
예제 전송속도가 10Mbps 이고버스의총길이가 2,500m 인경우에슬롯시간및슬롯크기는? 전파지연시간 = 2500m/(2*10 8 m/s) = 20.83us 슬롯시간 = 2* 전파지연시간 +safety margin =51.2us 슬롯크기 = 51.2us*10Mbps = 512bit = 64Byte 2006-10-11 Computer Engineering 13
Random backoff 랜덤백오프시간 : Truncated Binary Exponential Backoff (TBEB) 알고리즘에의하여결정 Backoff time = 슬롯시간의 r 배 r : S =UNIFORM{0, 1, 2, 3,.., 2 k -1}, k = min[n, 10] ; 충돌횟수 충돌이자주발생할수록재전송시점을더넓게분산시킴으로써재충돌가능성을줄임 16 번까지실패할경우전송포기 2006-10-11 Computer Engineering 14
랜덤백오프알고리즘예제 1. 스테이션 A, B 가충돌하였다고가정한다. 2. A, B 는각각독립적으로 TBEB 알고리즘에의하여랜덤백오프시간을생성한다. 첫번째충돌의경우 S = {0, 1} 에서 r의값을선택한다. 만약, A, B 에서생성된 r의값이각각 1, 1 이라고가정하면다시충돌하게된다. 3. A, B 모두두번째충돌할경우 S ={0, 1, 2, 3} 에서 r의값을선택한다. 만약, A 와 B에서생성된 r의값이각각 2, 3 이라고하면 A의백오프시간이짧으므로 B보다먼저재전송을하게된다. 2006-10-11 Computer Engineering 15
CSMA/CD 문제점 채널접근시간을보장받지못함 지연시간의예측이어려워서실시간성응용에는부적합 통신량이많아지면충돌횟수가증가하여채널이용률이떨어짐 프레임의우선순위부여불가 - 치밀한접근제어가어려움 2006-10-11 Computer Engineering 16
토큰패싱방식 전송하고자할때 채널사용권 또는 전송권리 를의미하는특별한프레임인토큰을취득하여야함 전송완료후에는토큰을다음스테이션에게인계 매체접근지연시간의예측이가능함 우선순위가높은스테이션에게전송기회를먼저줄수있음 충돌이발생하지않아 CSMA/CD 보다안정적 토큰관리가매우복잡함 토큰버스와토큰링이있음 2006-10-11 Computer Engineering 17
토큰패스방식 ( 계속 ) 토큰버스 물리적으론버스구조, 논리적으론링구조 공장자동화, 프로세스제어 토큰링 물리적, 논리적으로링구조 거리의제한을적게받으나, 한스테이션이고장나면전체네트워크가마비 2006-10-11 Computer Engineering 18
토큰버스 A B C D H 는논리링에가입하지않고수신만하는상태임 H G F E 물리매체 논리링 1. 전송할데이터를가지고있는스테이션은빈토큰 (idle token) 을기다린다. 2. 빈토큰을수신한스테이션은토큰을 Busy 상태로바꾼후에프레임을버스로전달한다. 3. 전송을완료한스테이션은 ( 또는전송할데이터가없는스테이션은 ) 미리정해진순서대로다음스테이션에게토큰을넘겨준다. 2006-10-11 Computer Engineering 19
토큰링 A B C D 논리링 H G F E 물리매체 1. A가데이터를전송하려면토큰을획득하여야한다. A 가빈토큰을수신하면이를 Busy 상태로바꾼다. 2. A는허용된시간동안데이터를전송할권한을가진다. 3. A가보낸프레임을수신한스테이션들은자신이목적지인지확인한다. 만약, 자신이목적지이면프레임을복사한후에 ACK 신호를프레임의끝에부착하여보낸다. 자신이목적지가아니면, 프레임을단순재생하여보낸다. 4. A는자신이보낸프레임이되돌아오면프레임을더이상재생하지않고 ( 즉, 링에서제거 ) 토큰을다음스테이션에게넘겨주기위하여토큰의상태를 Busy 상태에서 Idle 상태로바꾼다. 2006-10-11 Computer Engineering 20
Ethernet 10~1000Mbps 데이터전송속도제공 이더넷의유형 10Mbps 이더넷 고속이더넷 : Fast Ethernet (100Mbps 지원 ) 기가비트이더넷 : 1000Mbps 지원 모두 CSMA/CD 를사용 2006-10-11 Computer Engineering 21
이더넷의유형 속도 MAC 네트워크변경 토폴로지 케이블 표준 Ethernet 10Mbps CSMA/CD 2.5Km Bus,Star Coax,UTP, Fiber 802.3 Fast Ethernet 100Mbps CSMA/CD Gigabit Ethernet 1000Mbps CSMA/CD 205m 25~100m Star UTP, Fiber 802.3u 100Base-FX 100Base-TX Star UTP-cat 5, Fiber 100Base-X(802.3z) 100Base-SX 100Base-LX 100Base-T 2006-10-11 Computer Engineering 22
10Base-T T : Twisted Pair Ethernet 2006-10-11 Computer Engineering 23
Ethernet 프로토콜구조 2006-10-11 Computer Engineering 24
MAC 계층 데이터캡슐화 상위계층의데이터를전달받아 MAC 프레임을조합하여하위물리계층으로전달 LAN 으로부터수신되는메세지들을분해하여상위계층에데이터를제공 가장작은프레임크기 : 64Byte 가장큰프레임크기 : 1,518Byte 물리주소지정 네트워크인터페이스카드 (NIC) : 6 바이트물리주소지정 프레임송수신 물리계층으로부터보고되는반송파검출및충돌감지정보를이용해 CDMA/CD 프로토콜기능을수행 전송에러검출 2006-10-11 Computer Engineering 25
이더넷프레임필드 Preamble : 비트동기화 Start frame delimiter : 프레임시작표시 Destination address : 목적지의물리주소 (unicast or multicast) Source address : 발신지의물리주소 Type : 데이터유형지정 Data : 상위층으로부터받은데이터 (46~1,500 바이트 ) 데이터가 1500 바이트보다크면 fragmentation Pad : 프레임이 64byte 보다작을때추가로덧붙여짐 Cyclic Redundancy Check : 오류검출 2006-10-11 Computer Engineering 26
이더넷의프레임송신 프레임송신요구 MAC 프레임조립 Carrier Sense Multiple Access Collision Detection No Yes 송신연기중 No 송신개시충돌검출 충돌로인한재전송루프 ( 최대 16회까지 ) Yes No 송신완료 Yes 정상종료 잼송신 랜덤백오프타임만큼대기 2006-10-11 Computer Engineering 27
이더넷의프레임수신 캐리어감지 = on? Yes CS = on : SFD 이후프레임을수신한다. 목적지 MAC 주소 = 자신의 MAC 주소? No No 프레임폐기 프레임을저장한다충돌파편? 너무긴프레임? FCS OK? Yes Yes No 유형필드와필드의길이를체크 프레임분해 ( 데이터추출 ) 상위계층에데이터전달 MAC 2006-10-11 Computer Engineering 28
인터네트워킹 S S S S S 802.5 SNA S G G X.25 PSPDN WAN 802.4 LAN G S S R S BR RP R S 802.3 LAN S S S G R RP BR Station Gateway Router Repeater Bridge/Router 802.3 LAN 802.3 LAN S S S S 2006-10-11 Computer Engineering 29
Internetworking 2006-10-11 Computer Engineering 30
Internetworking 과 OSI 모델 2006-10-11 Computer Engineering 31
인터네트워킹프로토콜구조 스테이션 A T N 스테이션 B T N L1 L1 R L2 L2 P1 P1 P2 P2 브리지 T T N N L L P1 P1 R P2 P2 리피터 2006-10-11 Computer Engineering 32
인터네트워킹프로토콜구조 스테이션 A 스테이션 B T1 N1 T1 N1 R T2 N2 T2 N2 L1 L1 L2 L2 P1 P1 P2 P2 스테이션 A T 게이트웨이 스테이션 B T N1 N1 R N2 N2 L1 L1 L2 L2 P1 P1 P2 P2 라우터 2006-10-11 Computer Engineering 33
리피터 (Repeater) 물리계층에서중계 거리의연장이나접속스테이션수를증가시키기위한전송신호를재생중계함 모든프레임을포워딩 ( 필터링기능없음 ) 2006-10-11 Computer Engineering 34
브리지 (Bridge) 데이터링크계층에서중계 LAN 세그먼트를결합해서하나의네트워크인것처럼보이게함필터링을이용하여불필요한통화량제거 프레임필터링기능을사용하여동일 LAN 세그먼트로부터수신된프레임을다른 LAN 으로포워딩하지않고페기하는것 2006-10-11 Computer Engineering 35
브리지의동작 필터링결정을위하여테이블 (FDB: Forwarding DB) 사용 2006-10-11 Computer Engineering 36
로컬브리지와리모트브리지 Network 백본망 로칼브리지 로칼브리지 리모트브리지 WAN 구간 리모트브리지 로칼브리지 Network (a) 로칼브리지 (b) 리모트브리지 2006-10-11 Computer Engineering 37
라우터 네트워크계층에서중계 독립적인 LAN 과 WAN 을연동하여 internet 을구성 효율적인경로를선택하는라우팅기능 수신한패킷의물리주소를변경한후전송함 2006-10-11 Computer Engineering 38
라우팅예제 2006-10-11 Computer Engineering 39
게이트웨이 (Gateway) OSI 모델의모든계층의기능수행 ( 프로토콜변환기 ) 2006-10-11 Computer Engineering 40
인터네트워킹의고려사항 주소지정방식 네트워크들은독자적인이름들, 주소들, 그리고디렉토리유지방법을가진다. 이를해결하기위해통일된주소표현방식이필요 네트워크가전송할수있는최대프레임크기 네트워크가처리할수있는프레임크기에맞추어더작은조각으로나누는단편화 (fragmentation) 또는재조립 (reassembly) 하는것이필요 네트워크매체접급기법 매체접근기법은네트워크에따라다를수있음 프레임의전송종료시간 여러네트워크를지나므로많은시간이요구됨 => 통합적인시간종료체계가필요 2006-10-11 Computer Engineering 41
인터네트워킹의고려사항 ( 계속 ) 에러회복기법 각네트워크에따라에러회복능력을제공할수도, 하지않을수도있다. 인터네트워킹서비스는개개의네트워크에러회복능력의특성에의하여좌우되거나방해를받아서는안됨 상태보고기법 서로다른네트워크들은상태나성능을서로다른형식으로보고하는데인터네트워킹을위해서는연결된네트워크들과게이트웨이에상태정보를유지하는기능을제공 라우팅기법 네트워크내부에서의라우팅은서로다른방법으로이루어지므로이러한차이를조정할수있어야함 사용자엑세스제어기법 각네트워크는각각고유한사용자액세스제어기법을갖고있는데네트워크간을연결하는액세스제어기법이별도로요구됨 2006-10-11 Computer Engineering 42