Chapter 12 매체접근제어 1
12 장매체접근제어 12.1 임의접근 12.2 제어접근 12.3 채널화 2
12 장의목표 다중접근 (Multiple Access): 노드나지국이다중점또는브로드캐스트링크라고부르는공유링크를사용할때링크에접근하는것을조율하기위한다중접근프로토콜이필요 다중접근프로토콜의분류 3
12.1 임의접근 임의접근 각지국은다른어느지국에의해제어받지않은매체접근권리를가지고있음매순간전송할데이터가있는지국은전송할지말지를결정하기위해프로토콜에서정해진절차를따름이결정은매체의상태 (Idle or Busy) 에좌우 충돌을피하기위한절차 언제지국이매체에접속할수있는가? 만약매체가사용된다면지국은무엇을할수있는가? 어떤방법으로지국은전송의실패와성공을파악할수있는가? 만약매체충돌이발생한다면지국은무엇을할수있는가? 4
ALOHA 가장오래된임의매체접근방법인 ALOHA는 70년대초반에하와이대학에서개발됨 지국들은매체를공유 지국이데이터를전송할때동시에다른지국도같은시도를할수있음 두지국으로부터의데이터는서로충돌할수있음 5
ALOHA ( 계속 ) 순수 ALOHA(pure ALOHA) 각지국은전송할프레임이있으면언제든지전송그러나오직하나의채널만이있으므로서로다른지국에서전송한프레임간에충돌이있을수있음프레임전송후확인응답을기다리고시간내에확인응답을받지못하면프레임을잃어버렸다고간주하고재전송을시도 6
ALOHA ( 계속 ) 순수 ALOHA 네트워크의프레임 7
ALOHA ( 계속 ) 순수 ALOHA 프로토콜의절차 8
ALOHA ( 계속 ) 예제 무선 ALOHA 네트워크의지국들은최대서로 600 km 떨어져있다. 신호가 3 10 8 m/s 의속도로전파한다면 T p = (600 10 3 ) / (3 10 8 ) = 2 ms K = 2 인경우에는 R 의범위는 {0, 1, 2, 3} 이는 T B 는난수로어느값을선택하느냐에따라 0, 2, 4 또는 6 ms 중 하나가된다는것을의미한다. 9
ALOHA ( 계속 ) 순수 ALOHA 프로토콜의취약시간 (vulnerable time) 10
ALOHA ( 계속 ) 예제 : 순수 ALOHA 네트워크에서 200비트프레임을공유하는 200 kbps 채널을사용하여전송한다. 충돌이안생기게하기위한조건은무엇인가? 해답 평균프레임전송시간 : T fr = 200bits/200kbps = 1 ms 취약시간 : 2 1 ms = 2 ms 이는특정지국이프레임을전송하기 1 ms 이전부터는아무지국도전송을해서는안되며또한이특정지국이프레임을전송하기시작한이후 1 ms가지나기전에는다른지국은전송을해서는안된다는것을말한다. 11
ALOHA ( 계속 ) S ( 처리율, Throughput) : 성공적으로전송되는프레임의평균개수 G 는한프레임전송시간동안에시스템전체에서생성되는프레임의평균개수 12
ALOHA ( 계속 ) 예제 : 순수 ALOHA 네트워크가 200 kbps의공유채널을사용하여 200비트의프레임을전송한다고한다. 만일전체시스템의지국들이다음의프레임을생성한다고하면처리량은얼마가되겠는가? a. 매초 1000 프레임 b. 매초 500 프레임 c. 매초 250 프레임 해답 프레임전송시간 : 200/200 kbps = 1 ms a. 시스템이매초 1,000개의프레임을만들어낸다면 1 ms마다 1개의프레임이다. 부하 (G) = 1. 이경우에는 S = G e -2G 즉 S = 0.135 (13.5%) 이다. 이는처리량은 1000 0.135 = 135 프레임이다. 1000개중에 135개만전송에성공한다. 13
ALOHA ( 계속 ) 예제 12.3( 계속 ): b. 시스템이매초 500개의프레임을만들어낸다면 1 ms마다 1/2개의프레임이다. 부하 (G) = 1/2 이경우에는 S = G e -2G 즉 S = 0.184(18.4%) 이다. 이는처리량은 500 0.184 = 92 프레임이다. 500개중에 92개만전송에성공한다. c. 시스템이매초 250개의프레임을만들어낸다면 1 ms마다 1/4개의프레임이다. 부하 (G) = 1/4 이경우에는 S = G e -2G 즉 S = 0.152(15.2%) 이다. 이는처리량은 250 0.152 = 38프레임이다. 250개중에 38개만전송에성공한다. 14
슬롯 ALOHA 슬롯 ALOHA 에서는시간을 T fr 의슬롯으로나누어지국은 매타임슬롯이시작할때에전송하도록규제 슬롯 ALOHA 네트워크의프레임 15
슬롯 ALOHA ( 계속 ) 슬롯 ALOHA 프로토콜의취약시간 16
슬롯 ALOHA ( 계속 ) 예제 : 슬롯 ALOHA 네트워크가대역폭 200 kbps의채널을공유하여 200비트프레임을전송한다고한다. 시스템전체에서다음과같이프레임을생성할때처리량을구하라. a. 매초 1000 프레임 b. 매초 500 프레임 c. 매초 250 프레임 해답 이상황은순수 ALOHA 대신에슬롯 ALOHA 를사용한다는것을제외하고는 앞의예제와유사하다. 프레임전송시간은 200/200 kbps 즉 1 ms 이다. 17
슬롯 ALOHA ( 계속 ) 예제 ( 계속 ): a. 이경우 G = 1 S = G e -G 즉, S = 0.368 (36.8%) 이다. 이는처리량은 1000 0.0368 = 368 프레임이다. 1000개중 368개만성공 b. 이경우 G = ½ S = G e -G 즉, S = 0.303(30.3%) 이다. 이는처리량은 500 0.0303 = 151 프레임이다. 500개중 151개만성공 c. 이경우 G = ¼ S = G e -G 즉, S = 0.195 (19.5%) 이다. 이는처리량은 250 0.195 = 49 프레임이다. 250개중 49개만성공 18
CSMA 반송파감지다중접근 (CSMA, Carrier Sense Multiple Access) 충돌의기회를최소화하고성능을높이기위하여 CSMA 방법이개발각지국은전송전매체의상태를점검 전송이전에감지 또는 말하기이전에듣기 원칙에기반충돌가능성을줄일수는있지만제거는할수없음전파지연때문에충돌가능성은존재 19
CSMA ( 계속 ) CSMA 에서의충돌에대한시공간모델 20
CSMA ( 계속 ) CSMA 의취약시간 21
CSMA ( 계속 ) 지속방식 1) 1-지속방식 (1-persistent method) - 회선이휴지상태인것을감지하게되면즉각프레임을전송 ( 확률 1을가지고 ) 2) 비지속방식 (nonpersistent method) - 전송할프레임이있는지국이회선을감지 - 회선이휴지상태에있으면즉각프레임을보냄 - 회선이휴지상태에있지않으면임의시간을대기하고있다가다시회선을감지 3) p-지속방식 (p-persistent method) - 확률 p를가지고프레임을전송 - 확률 q=1-p를가지고지국은다음슬롯시작까지기다리다가회선을다시감지 22
CSMA ( 계속 ) 세가지지속방식의행태 23
CSMA ( 계속 ) 세가지지속방식의흐름도 24
CSMA/CD 지국은프레임을전송한뒤에전송이성공적인지매체를관 찰 성공적이면지국은소임을다한것 그렇지않다면충돌이생긴것이며, 프레임은다시전송됨 CSMA/CD 에서의첫번째비트의충돌 25
CSMA/CD ( 계속 ) CSMA/CD 에서의충돌과폐기 최소프레임크기 CSMA/CD가동작하기위해서는프레임의크기에제한을둬야함 프레임전송시간 T fr 은최소한최대전파시간 T p 의 2배가되어야함 26
CSMA/CD ( 계속 ) 예제 : CSMA/CD를사용하는네트워크의대역폭이 10 Mbps 이다. 최대전파시간 ( 장치에서의지연시간을포함하되충돌을알리는데걸리는시간을무시 ) 은 25.6μs이다. 최소프레임의크기는? 해답 최소프레임전송시간은 T fr = 2 T p = 51.2 μs. 이는최악의경우에는지국이전송하면서충돌여부를확인하기위해서는최소 51.2 μs 동안기다려야한다는것을의미한다. 프레임의최소크기는 10 Mbps 51.2 μs = 512비트, 즉 64바이트이다. 이는실제로표준이더넷프레임의최소크기이다. 27
CSMA/CD ( 계속 ) CSMA/CD 의흐름도 K<15? 28
CSMA/CA 충돌회피를하는반송파감지다중접근 (CSMA/CA, carrier sense multiple access with collision avoidance) 무선네트워크를위해고안 충돌은프레임간공간 (IFS : Inter-Frame Space), 경쟁구간, 응답이 라는세가지전략에의해회피 29
CSMA/CA ( 계속 ) CSMA/CA 의흐름도 30
12.2 제어접근 제어접근 (Controlled Access) 어느지국이전송권리를가지고있는지서로상의하여찾음 지국은다른지국들에의해권리를인정받을때까지는전송할수없음 제어접근방식 1) 예약 (Reservation) 2) 폴링 (Polling) 3) 토큰전달 (Token passing) 31
예약 예약 (Reservation) 지국은데이터를송신하기전에예약을필요로함 N개의지국이존재하면 N개의예약된미니슬롯 (mini slot) 들이예약프레임안에존재예약을한지국은데이터프레임을예약프레임뒤에전송 예약접근방법 32
폴링 폴링 (Polling) 지국중하나가주국 (primary station) 이되고다른지국들은종국 (secondary station) 이되는접속형태에서동작종국으로가는데이터도모두주국을통해서전달주국이링크를제어하며, 종국은그지시에따름폴 - 주국이종국으로부터전송을요청하는데사용 선택 - 주국이송신할것이있을때사용 - 예정된전송을위해주국은종국의준비상태에대한확인응답을대기 - 주국은장치의주소를한필드에포함하고선택프레임 (SEL) 을만들어전송 33
폴링 ( 계속 ) 폴링접근방법에서의선택과폴링 34
토큰패싱 토큰을가진지국이데이터송신할권한을가짐 토큰전달접근방법에서의논리적링과물리적형상 35
12.3 채널화 링크의가용대역폭을지국들사이에서시간적으로, 주파수 상으로, 또는코딩을통해나누어서다중접근 채널화프로토콜 1) 주파수분할다중접근 (FDMA, frequency division multiple access) 2) 시간분할다중접근 (TDMA, time-division multiple access) 3) 코드분할다중접근 (CDMA, code-division multiple access) 36
FDMA 주파수분할다중접근 (FDMA) 사용사능한대역폭은모든지국들에의해공유 각지국들은할당된대역을사용하여데이터를전송 각각의대역은특정지국을위해예약되어있음 37
FDMA ( 계속 ) 주파수분할다중접근 (FDMA) 38
TDMA 시분할다중접근 (TDMA) 지국들이시간상에서채널을공유 각지국은자신이데이터를전송할수있는타임슬롯을할당받음 각지국은할당받은타임슬롯에자신의데이터를전송 39
TDMA ( 계속 ) 시분할다중접근 (TDMA) 40
CDMA 코드분할다중접속 (CDMA) 링크이전체대역폭을하나의채널에서점유 모든지국들은시분할없이동시에데이터를송신가능 41
CDMA ( 계속 ) 코드사용통신의간단한이해 42
CDMA ( 계속 ) 칩 CDMA 는코드이론에근거 각지국은코드를할당받으며, 이코드는칩이라고불리는일련의숫자 칩순열 43