2011 년봄학기데이터통신 Chapter 10 이더넷과 LAN 프로토콜
목차 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째수준 1 LAN 프로토콜과그특성셋째수준넷째수준 1 2 IEEE 802.3 LAN 프로토콜다섯째수준 2 3 고속이더넷기술
Section 01 LAN 프로토콜과그특성 LAN(Local Area Network) 이란? 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째수준셋째수준네트워크시스템넷째수준다섯째수준 일반적으로하나의빌딩이나대학캠퍼스정도의범위내에있는 personal computer, 서버, 프린터, 교환장치, 워크스테이션등이상호연결되어구성된 데이터전송률 :10Mbps, 100Mbps(Fast Ethernet), 1Gbps(Gigabit Ethernet) LAN 프로토콜 : IEEE 802.3 이더넷프로토콜, IEEE 802.4 토큰버스프로토콜, IEEE 802.5 토큰링프로토콜등
IEEE 802 LAN 표준의계층구조 표준화기구의하나인 IEEE (Institute of Electrical and Electronics 마스터텍스트스타일을편집합니다 Engineers) 에있는 802 working group에서정의둘째수준셋째비트의수준형태등 ) 넷째수준다섯째계층은에러없이수준패킷을전송하는기능 PHY 계층 : 전기, 기계적인특성 ( 사용되는동선타입이나, 신호의형태, 코드화 DLL(Data Link Layer): MAC 부계층과 LLC 부계층으로나누어지며, 이 MAC 부계층 : 공유미디어에대한접근의조정 (regulation) 기능 LLC 부계층 : 공유미디어의접근의감독기능
LAN 의구성형태 LAN 의특성 : 네트워크의전송매체와구성형태 (topology) 에의하여결정 마스터텍스트스타일을편집합니다 일반적으로성형, 버스형, 링형등이있음둘째수준 성형 (star) 토폴로지셋째수준 각노드가중앙스위치에직접연결되는형태로구성넷째수준다섯째수준 장점 단점 어느한노드에서의전송은중앙노드로입력되고, 중앙노드에서모든링크로재전송 각노드의연결은하나의링크와 I/O 포트만을요구하므로설치비용이저렴 하나의링크가끊어져도이는다른링크에영향을주지않으므로안정성측면유리 접속하는링크가서로독립적이어서노드의확장성측면에서유리 중앙노드, 즉제어장치에문제가발생하면 네트워크전체가문제 버스형이나링형에비해링크의연결이많아짐 데이터양이많아지면지연시간이길어짐
버스 (bus) 토폴로지 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째수준 장점셋째수준 설치가간단하고비용이저렴넷째수준다섯째수준 모든노드가적절한인터페이스를통하여, 선형전송미디어에직접부착하여구성 한노드에서데이터는양방향으로전송되고다른모든노드에서수신 단점 확장성양호, 한노드의에러가다른노드에영향을주지않아안정성이향상 연결에필요한링크의길이최소화 노드수가증가하면네트워크성능이떨어짐 링크의길이가길어지면신호의감쇄현상으로중계기를사용해야함 둘이상의노드가동시에신호를전송하게되면충돌현상이발생하므로데이터양이많아지거나노드수가증가하면, 충돌현상이빈번해져서네트워크의성능이떨어짐
링 (ring) 토폴로지 네트워크가닫혀진링형태로구성 마스터텍스트스타일을편집합니다 링크는한쪽방향으로전송이가능하도록구성둘째수준셋째수준넷째 패킷은수준링을따라계속돌다가전송측노드에서제거다섯째수준 패킷에는데이터의전송측및목적지주소, 제어정보가들어있어서패킷이링을돌다가 목적지노드에도착하면데이터를지역버퍼 (local buffer) 에복사 장점 단점 구조가간단하여설치와재구성이용이 성형보다링크의길이를줄일수있어서경제적 문제가발생했을경우링의복구를신속하게할수있음 제어절차가복잡 한노드의오류는링전체에영향을줌 이중링구조를사용하여보완
LAN 의특성 (1) 처리율 (Throughput) 마스터텍스트스타일을편집합니다 처리율은단위시간당링크가처리할수있는데이터량둘째수준셋째처리율은수준 6.5Mbps가됨넷째미디어수준공유이더넷에서처리율이 65Mb 파일을전송하기위한평균시간은약 86초가됨다섯째수준 전송측이 10Mbps 의전송율을갖을때, MAC 프로토콜이 65% 의효율을갖는경우 LAN 에서의 미디어공유이더넷에서처리율이 6.5Mbps 이고호스트컴퓨터의수가 7 개일때, 10M 바이트의 시간지연성 (latency) 하나의패킷을네트워크인터페이스 (Network Interface) 에서목적지컴퓨터까지전송하는데 걸리는시간 미디어접근시간 (medium access time): 패킷을전송하기위해기다려야하는시간 전송시간 (transmission time): 전송률에의해나누어진패킷내의비트수 대기시간 (queuing time): 네트워크노드에먼저도착한패킷을전송하기위해서기다려야하는 시간 전파시간 (propagation time): 미디어에따라신호가전송되는데걸리는시간
LAN 의특성 (2) 마스터 보안성텍스트 (security) 스타일을편집합니다둘째수준셋째수준동선보다는광섬유 (fiber) 를사용하는경우가우수넷째수준다섯째수준 신뢰성 (reliability) 데이터의보안은외부로부터시스템을보호하거나, 데이터의유출에따른대처방안 직접전송케이블에연결하여데이터를유출하는탭핑 (tapping) 의경우 노드나링크에이상이발생했을경우동작이중지되지않고계속유지될수있도록하는특성
Section 02 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 이더넷 (Ethernet) 표준마스터텍스트스타일을편집합니다 IEEE 802.3 표준규격둘째 수준버스토폴로지를사용셋째 수준 MAC 프로토콜로 CSMA/CD 방식을사용넷째수준다섯째 CSMA 수준 (Carrier Sense Multiple Access) 데이터전송을원하는스테이션 : 전송채널을살펴서사용중인가여부를검사 전송채널 ( 미디어 ) 이사용중이아니면 (idle 상태 ) 전송시도 만일사용중 (busy 상태 ) 이면 얼마동안기다렸다가다시전송을시도 데이터패킷을전송한후에는 ACK 전송을위해서필요한시간간격동안기다림 시간간격은최대왕복전파지연과수신스테이션이 ACK 을전송하기위해 채널을액세스하는시간을고려 CSMA 방식의단점 : 전파지연시간내에두개이상의스테이션들이동시에전송을개시하는경우, 전송패킷간의충돌 (collision) 이발생
CSMA/CD 방식 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째 CSMA 수준프로토콜을발전시킨것으로셋째수준넷째 다음수준규칙이추가다섯째수준 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 전송중에계속해서전송미디어를검사함으로써충돌에의한전송낭비를줄임 1. 전송하는도중충돌이발생한것을감지하면, 짧은신호 (jam) 를보내서모든 스테이션에충돌이일어난것을알림 2. 충돌신호를보낸다음, 적당한시간을기다린후에 CSMA 를사용하여재전송
충돌감지시간 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째수준셋째수준넷째수준다섯째수준 충돌감지시간 : 2 개의스테이션이네트워크상에서가장멀리떨어져있을때충돌이 발생한경우, 충돌을감지하는시간은전파지연의 2 배가될수있음
CSMA/CD 동작 (Basic operation) 마스터텍스트스타일을편집합니다수신신호를모니터링둘째수준셋째수준 MAC 장치는새로운프레임의도착을기다림넷째수준다섯째수준 비트스트림을전송하면서동시에트랜시버는충돌이일어났는지를검출하기위해 충돌이검출되지않았다면, 전체프레임을전송하고, FCS 영역을전송한후에 만약충돌이검출되면, 잼 (jam) 신호를생성하여모든디바이스에게방송함으로써 충돌이발생했음을알림 MAC장치는프레임의전송을중지하고, 임의의선택된짧은시간동안기다린후에재전송을시도 프레임의재전송은시도제한 (attempt limit) 으로알려진규정된최대수까지시도 재전송의스케줄링은이진지수백오프 (Binary Exponential backoff) 라불리는과정에의해조정
CSMA/CD 동작 (Backoff operation) 충돌이발생하면충돌한단말은최대 contention window 크기를 2 배로증가시킴 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째슬롯수준 ) 을선택셋째1023 수준슬롯을넘을수는없음넷째수준다섯째수준 증가된 contention window 사이즈값내에서랜덤 (random) 하게전송할시점 ( 타임 충돌이발생할때마다 contention window 크기가 2 배씩증가하는데, 최대값인 16 번째의시도에서도충돌이발생하게되면시스템은최종적으로오류보고
Section 03 고속이더넷기술 마스터텍스트스타일을편집합니다유연하게 100 Mbps 로향상시킨것둘째수준셋째수준고속이더넷을구현 (IEEE 802.3u 표준 ) 넷째수준 동작원리다섯째수준 고속이더넷 (fast ethernet) 기술은기존의이더넷의전송속도를보다 보다빠르고효율적인데이터링크계층의기능을다시설계함으로써 기본적으로 CSMA/CA 방식을따름 고속이더넷의 MAC 부계층은프레임을전송하기전에, 전송미디어상의신호상태를탐지 물리계층에서캐리어를감지하면, 캐리어가있다는것을 MAC 계층으로알림 MAC 계층에서는미디어상의다음프레임이전송되기전마지막으로전송되는프레임사이에해당하는최소시간동안만대기 이시간을 IPG(Inter-Packet Packet Gap) 라고함 1 번프레임이전송된후에 LAN 상의모든노드는전송하기전 IPG 시간을기다림 3 번프레임이끝난후 IPG 시간이지나서야다른노드에서프레임을보낼수있음
고속이더넷리피터 리피터 (repeater) 는거리가증가할수록감쇄되는신호를재생시키는장치 마스터텍스트스타일을편집합니다둘째수준위해사용 AutoNeg Auto-negotiation 셋째수준 MAU Media attachment unit Repeater의연결 MII 넷째수준다섯째수준 서로분리된동일 LAN 에서거리를연장하거나, 접속되는세그먼트의수를증가시키기 MDI Medium dependent interface MII Medium Medium independent interface PCS Physical coding sublayer PHY Physical layer device PLS Physical layer signaling PMA Physical Physical medium attachment PMD Physical medium dependent
리피터의기능 마스터텍스트스타일을편집합니다출력둘째수준 수신기능 : 표준방법으로전송되는신호를수신셋째수준넷째수준다섯째수준 전송기능 : 각각의포트에접근할수있도록미디어에만족하는형태로신호를 데이터처리기능 : 충돌이발생하지않을경우포트들끼리신호를전송하는기능 수신이벤트처리기능 : 어느한노드에서데이터를전송하는것을감지하는기술 오류처리기능 : 링크상오류와데이터의충돌을감지하는기능 신호복구기능 : 전송받은신호에서이상이있을경우재전송함으로써신호를 정상적으로복구시키는기능 분리기능 : 어느한노드에서의충돌이계속해서발생되는경우이를제거시킬 수있는기능 수신재버 (jabber) 기능 : 어느노드가장시간데이터를전송하고있는경우 리피터가노드의전송을중지시킬수있는기능
요약 LAN 마스터텍스트스타일을편집합니다 IEEE 802 표준에서정의둘째 수준 PHY 계층 & Data link 계층 (MAC & LLC) 셋째 수준구성형태 : Star, Bus, Ring 토폴로지넷째 수준특성 : 처리율, 시간지연성, 보안성, 신뢰성다섯째수준 IEEE 802.3 LAN 프로토콜 이더넷표준 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 고속이더넷기술 IEEE 802.3u 표준 고속이더넷리피터
참고 - IEEE 802.3 프레임구조 (1) 마스터텍스트스타일을편집합니다프레임내용을수신하기전에비트동기화를수행함둘째수준셋째수준시작임을수신기에게알림넷째수준다섯째수준 프리앰블 (preamble): 모든프레임앞에위치. 각 MAC 장치의수신회로가실제 SFD (start of frame delimiter): 비트패턴은 10101011 로서유효한프레임의 목적지주소, 근원지주소 (DA, SA): 48 비트로구성되어있고, 목적지주소의첫번째 비트는개별주소인지그룹에속한주소인지를지시 ( 방송형 : 모든비트를 1 로설정 ) 길이표시자 (LEN): 데이터영역의바이트수표시 DSAP and SSAP : 전송측혹은수신측스테이션의프로토콜스택을식별하기 위해서 LLC 에의해사용되어지는주소 DSAP 첫번째비트는 : 프레임이개별사용 (individual) 혹은 그룹사용 (group) 인지를알려줌 SSAP 첫번째비트 :command PDU 인지혹은 response PDU 인지를구분
참고 - IEEE 802.3 프레임구조 (2) CONT(control) : HDLC의제어영역를구분마스터텍스트스타일을편집합니다둘째수준셋째수준넷째수준 최소 46 바이트 ( 최대 : 1500 bytes) 다섯째수준 I-frame( 정보 : 사용자데이터 ), S-frame( 감시및감독 : ACK, 흐름제어, 에러제어등을위해사용 ), U-frame( 무번호 : 세션관리 ) Data 영역 : 사용자데이터 ( 상위계층으로부터 encapsulated) PAD( 옵션 ): 데이터영역값이최소프레임길이보다작을때임의로채워지는값 CRC (Cyclic Redundancy Check): 에러검출을위한 CRC 값
참고 고속이더넷프레임구조 마스터 목적지텍스트주소 : 프레임을스타일을받게되는노드의편집합니다주소둘째 수준전송측주소 : 프레임을보내는노드의주소셋째 수준 L/T(Length/Type Field): 데이터가보내지는형태넷째수준정확하게전송되었는지를체크해주는부분다섯째수준 프레임체크일련번호 (FCS, frame check sequence): 프레임이목적지노드에
참고 고속이더넷 MAC 주소체제 마스터 I/G 텍스트비트 : 개별또는스타일을그룹주소표시영역편집합니다 0 개별주소 (MAC 주소 ) 둘째수준 1 그룹주소 ( 멀티캐스트주소, 기능주소 ) 셋째수준 U/L비트 : 범용또는지역관리표시영역넷째수준다섯째수준 OUI(Organizationally Unique Identifier): IEEE 에서네트워크어댑터의 제조업자와인터페이스제조업자에게할당 OUA(Organizationally Unique Addresses): 제조회사가노드에지정할수있는숫자