컴 퓨 터 네 트 워 크 - 근거리통신망 : 이더넷(Ethernet) - 충북대학교 컴퓨터교육과 박 찬 교수 2012년 5월 22일

14 장 근거리통신망 : 이더넷(Ethernet) 14.1 전통적 이더넷 14.2 고속 이더넷 14.3 기가비트 이더넷

근거리통신망 : 이더넷(Ethernet)(계속) 이더넷의 세 가지 세대

14.1 전통적 이더넷 전통적 이더넷 10Mbps로 동작 CSMA/CD 방식으로 매체에 접속 매체는 모든 지국들 사이에서 서로 공유

임의접속(Random Access)(계속) 충돌 검출 반송파 감지 다중접송(CSMA/CD; Carrier sense multiple access with collision detection) 충돌을 처리하는 절차를 더함 충돌 발생시 재전송을 요구 두번 째 충돌을 줄이기 위해 대기 지속적인 백오프 방법에서 대기 시간 0과 2N×최대전송시간 사이만큼 대기(N: 전송 시도 회수)

전통적 이더넷(계속) MAC 부계층 접속방법 : CSMA/CD 접속 방식의 동작을 관장 상위 계층으로 부터 수신한 데이터를 프레임으로 만들고 부호화를 위한 PLS(Physical Layer Signaling) 부계층으로 전달 접속방법 : CSMA/CD

전통적 이더넷(계속) 프레임 802.3 MAC 프레임 7개의 필드로 구성 확인응답을 제공하지 않으므로 신뢰성이 없음 확인응답은 상위계층에서 구현 802.3 MAC 프레임

전통적 이더넷(계속) 프레임 형식 프리엠블(Preamble) - alert, timing, start synchronization 시작 프레임 지시기(SFD;Start frame delimiter) - 프레임 시작 목적지 주소(DA; Destination address) - 목적지 주소 발신지 주소(SA; Source address) - 발신지 주소 PDU 길이/유형 데이터 CRC - 오류 발견정보, CRC-32

전통적 이더넷(계속) 프레임 길이 프레임의 최소와 최대 길이가 제한 최소 값 제한 : CSMA/CD의 정확한 동작을 위함

전통적 이더넷(계속) 주소지정(Addressing) 16진법 표기법에 의한 이더넷 주소 이더넷 네트워크에 있는 NIC(network interface card)는 6바이트의 물리적 주소를 지국에게 제공 16진법 표기법에 의한 이더넷 주소

전통적 이더넷(계속) 유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트 발신지 주소는 항상 유니캐스트(unicast) 목적지 주소는 멀티캐스트(multicast), 브로드캐스트(broadcast)

전통적 이더넷(계속) 물리층 10Mbps 이더넷의 물리층

PLS(Physical Layer Signaling) 전통적 이더넷(계속) PLS(Physical Layer Signaling) PLS 부계층은 데이터 부호화와 복호화 맨체스터 부호화 방법을 사용

접속 단위 인터페이스(AUI;Attachment Unit Interface) 전통적 이더넷(계속) 접속 단위 인터페이스(AUI;Attachment Unit Interface) PLS와 MAU 사이의 인터페이스를 정의 PLS와 MAU 사이의 매체 독립적 인터페이스를 위해 개발

매체 접속 장치(MAU, 송수신기(Transceiver)) 전통적 이더넷(계속) 매체 접속 장치(MAU, 송수신기(Transceiver)) 매체 접속 장치(medium attachment unit) 또는 송수신기는 매체 종속적 10Mbps 이더넷에서 사용되는 각 종류의 매체마다 별도의 MAU가 있음 송수신기는 매체를 통해 신호를 전송하고 매체를 통해 신호를 수신하고 충돌을 감지

매체 종속 인터페이스(MDI; medium dependent interface) 전통적 이더넷(계속) 매체 종속 인터페이스(MDI; medium dependent interface) 내부 또는 외부의 송수신기를 매체에 연결하기 위해 필요 MDI는 단지 매체와 송수신기를 연결해주는 하드웨어

전통적 이더넷(계속) 물리층 구현

전통적 이더넷(계속) 10Base5 : 굵은 이더넷 버스 토폴리지 사용 외부 송수신기는 탭을 통해 굵은 동축 케이블에 연결

전통적 이더넷(계속) 10Base2 : 얇은 이더넷 내부 송수신기나 외부 송수신기를 거쳐 점 대 점 연결을 가지는 버스 토폴리지 사용 내부 수신기를 사용하면 AUI 케이블이 필요 없음

10Base-T : 꼬임 쌍선 이더넷(Twisted Pair Ethernet) 전통적 이더넷(계속) 10Base-T : 꼬임 쌍선 이더넷(Twisted Pair Ethernet) 물리적인 스타 토폴로지 사용 지국들은 허브(hub)에 연결되어 있음

전통적 이더넷(계속) 10Base-FL : 광섬유 링크 이더넷 허브(hub)에 연결된 스트 토폴로지 사용

전통적 이더넷(계속) 브리지형 이더넷 이더넷 발전의 첫 번째 단계 브리지들은 대역폭의 증가와 충돌 영역의 분리 대역폭의 증가

전통적 이더넷(계속) 대역폭의 증가

전통적 이더넷(계속) 충돌 영역의 분리

전통적 이더넷(계속) 교환형 이더넷 스위치형 이더넷 브리지형 LAN 개념의 확장 2-계층 스위치

전통적 이더넷(계속) 전이중 양방향 이더넷 스위치형 이더넷의 발전 전이중 양방향 스위치형 이더넷(full-duplex switched Ethernet)

전통적 이더넷(계속) CSMA/CD의 불필요 MAC CSMA/CD 방법의 불필요 각 지국이 두 개의 분리된 링크를 통해 스위치에 연결 MAC MAC 부계층과 LLC 부계층 사이에 MAC 제어(MAC control) 추가 오류제어와 흐름제어 제공

14.2 고속 이더넷(fast Ethernet) 고속 이더넷 MAC 부계층 100Mbps의 데이터율 전통적인 이더넷과의 호환성을 위해 CSMA/CD를 유지

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 자동 협상(autonegotiation) 고속 이더넷에 추가 허브에게 단일 능력이 아닌 범위 능력을 허용 목적 비호환 지국들을 서로 연결 (100Mbps 와 10Mbps 와의 통신 가능) 하나의 장치가 다중 능력을 갖는 것을 허용 지국이 허브의 능력을 검사할 수 있도록 함

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 물리층 RS(Reconciliation), MII(Medium-Independent Interface), PHY(Physical Layer Entity), MDI(Medium-Dependent Interface)

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) RS(Reconciliation) 조정 부계층(Reconciliation sublayer) 10Mpbs의 PLS 부계층을 대신 PLS가 수행한 부호화와 복호화는 PHY 부계층으로 이동 4비트 형식(nibble)의 데이터를 MII에 전달하는 책임

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) MII(Medium-independent interface) AUI는 매체 독립 인터페이스(Medium-independent interface)로 대체 10Mbps에서 100Mbps 데이터율과 같이 사용할 수 있는 인터페이스로 개량

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) MII의 특징 10Mbps와 100Mbps 양쪽 모두에서 동작 PHY 부계층과 조정 부계층 사이에 4비트를 보내는 병령 데이터 경로를 특징 관리 기능이 추가

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) PHY(송수신기) 고속 이더넷의 송수신기는 PHY계층 부호화와 복호화 MDI 매체에 내부 또는 외부 송수신기를 연결하기 위하여 매체 종속 인터페이스(MDI)가 필요 MDI는 단지 특정 구현에 대한 하드웨어 부품

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 물리층 구현

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 100Base-TX 물리층 스타 토폴로지 두 쌍의 꼬임쌍선 케이블(카테고리 5UTP나 STP) 사용

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 송수신기 데이터의 송신과 수신 충돌 감지 부호화/복호화 부호화와 복호화

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 100Base-FX 물리적 스타 토폴로지 두 쌍의 광섬유 케이블 사용

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 송수신기 송신과 수신 충돌 감지 부호화/복호화 부호화와 복호화 4B/5B 사용

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 100Base-T4 카테고리 5UDP나 STP 케이블 사용 음성급 꼬임쌍선(카테고리 3)을 설치한 빌딩에서는 비용명에서 비효율적 4쌍의 UTP를 사용

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 송수신기(Transceiver) 100Base-T4의 송수신기의 기능과 비슷 부호화와 복호화 8B/6T 사용

고속 이더넷(fast Ethernet)(계속) 4선을 사용한 전송 두 쌍은 단방향 전송을 위해 사용 나머지 두 쌍은 양방향 전송을 위해 사용

14.3 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) 1000Mbps MAC 부계층 MAC 부계층을 그대로 사용 1-Gbps의 속도로 전송할 때는 가능하지 않음 매체접속 CSMA/CD를 이용하는 반이중 양방향 : 오늘날 사용하지 않음 CSMA/CD가 불필요한 전이중 양방향

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 물리층 조정 부계층 GMII PHY

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 조정 부계층(RS) GMII 인터페이스를 통해 8비트의 병렬 데이터를 PHY 부계층에게 전송 GMII(gigabit medium-independent interface) 조정 부계층이 PHY 부계층(송수신기)에 연결되는지를 정의 물리적인 구성요소가 아닌 논리적인 인터페이스

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) GMII 특성 1,000Mbps에서 동작 RS 부계층과 송수신기 사이에 병렬 데이터 경로를 정의 관리기능리 추가됨 GMII 케이블이 없음 GMII 접속기가 없음

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) PHY(송수신기) 부호화/복호화 연결을 제공하는 외부 GMII가 없기 때문에 오직 내부에만 존재 MDI 송수신기를 매체에 연결 RJ-45와 광섬유 접속기만이 정의 되어 있음

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 물리층 구현

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 1000Base-X 1000Base-SX와 1000Base-LX는 두 개의 광섬유 케이블을 사용 1000Base-SX는 단파장 레이저를 사용 1000Base-LX는 장파장 레이저를 사용

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 송수신기 송수신기는 내부에 존재 부호화/복호화 전송/수신 충돌 감지(필요하다면) 1000Base-LX는 장파장 레이저를 사용

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 부호화 8B/10B 사용

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 1000Base-T 카테고리 5의 UTP사용 1Gbps의 전송률

가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속) 송수신기 4D-PAM5(4차원, 5레벨 펄스 진폭변조) 사용

4B/5B 인코딩 Data Code 0000 11110 1000 10010 0001 01001 1001 10011 0010 10100 1010 10110 0011 10101 1011 10111 0100 01010 1100 11010 0101 01011 1101 11011 0110 01110 1110 11100 0111 01111 1111 11101 Data Code Q (Quiet) 00000 I (Idle) 11111 H (Halt) 00100 J (start delimiter) 11000 K (start delimiter) 10001 T (end delimiter) 01101 S (Set) 11001 R (Reset) 00111

4B/5B 인코딩 블록 단위로 정보 데이터가 채널 부호화기에 입력되고 블록 단위로 부호어가 출력되어 전송되는 방식이다 즉 정보 비트열은 k 비트씩 그룹화되어 k 비트의 메시지어 단위로 n 비트의 부호어가 생성되어 전송된다. 현재의 k 비트 메시지어는 과거의 k 비트 메시지어와 관계 없이 독립적으로 출력을 만들어낸다. 블록 코딩의 경우 우수한 비트오율 성능개선 효과를 얻을수 있다.