13장 유선 LAN: 이더넷 (Wired LANs: Ethernet)

13장: 개요 13.1 이더넷 프로토콜 13.2 표준 이더넷 13.3 고속 이더넷 13.4 기가비트 이더넷 13.5 10기가비트 이더넷 13.6 요약

13.1 이더넷 프로토콜 데이터 링크 층과 물리 층은 실제로 로컬 및 광역 네트워크의 영역 이것은 이 두개의 계층을 논의할 때 이것을 사용하는 네트워크에 대해 다룬다는 것을 의미 이번 장에서 유선 네트워크에 대해 논의

13.1.1 IEEE 프로젝트 802 프로젝트 802 1985년에 IEEE 컴퓨터 분회에서 다양한 제조업자의 장치들 사이의 상호 연결이 가능하도록 하는 표준을 만들기 위해 프로젝트를 시작 주요 LAN 프로토콜의 물리층과 데이터링크층의 기능을 명세화

13.1.1 IEEE 프로젝트 802 데이터 링크층 그림 13.1: LAN을 위한 IEEE 표준 논리 연결 제어(LCC, logical link control): 흐름 제어, 오류 제어와 프레임 생성 일부분에 대한 역할을 처리 매체 접근 제어(MAC, media access control): 각각의 LAN을 위한 특별한 접근 방법을 정의하고 포함 그림 13.1: LAN을 위한 IEEE 표준

13.1.2 이더넷 진화 이더넷(Ethernet) LAN은 Robert Metcalfe와 David Boggs에 의해 1970 년대에 개발 표준 이더넷(10Mbps), 고속 이더넷(100Mbps), 기가비트 이더넷(1 Gbps) 및 10 기가비트 이더넷(10 Gbps) 4세대로 발전

13.1.2 이더넷 진화 그림 13.2: 4세대를 통한 이더넷의 발전

13.2 표준 이더넷 표준 이더넷 MAC 부계층 접근방법 : CSMA/CD 10Mbps로 동작 매체는 모든 지국들 사이에서 서로 공유 MAC 부계층 접속 방식의 동작을 관장 상위 계층으로부터 수신한 데이터를 프레임으로 만들고 부호화를 위한 PLS(Physical Layer Signaling) 부계층으로 전달 접근방법 : CSMA/CD

13.2.1 특징 프레임 그림 13.3 이더넷 프레임 7개의 필드로 구성 확인응답을 제공하지 않으므로 신뢰성이 없음 확인 응답은 상위계층에서 구현 그림 13.3 이더넷 프레임

13.2.1 특징 프레임 형식 프리엠블(Preamble): 수신자 시스템에게 프레임이 도착하는 것과 동기화할 수 있게 만들어주는 0과 1을 반복하는 7바이트 필드 시작 프레임 지시기(SFD,Start frame delimiter): 1바이트(10101011)로 프레임의 시작을 알리고, 마지막 2비트는(11)이며 수신자에게 이 다음 필드가 목적지 주소임을 알림 목적지 주소(DA,Destination address): 목적지국이나 패킷을 수신하는 지국들의 링크층 주소 발신지 주소(SA,Source address): 패킷을 보내는 송신자의 링크층 주소 유형(Type): 프레인 내에 캡슐화된 패킷에 대한 상위계층 프로토콜을 정의 데이터(Data): 상위층의 프로토콜로부터 캡슐화된 데이터를 운반 CRC – CRC-32형태의 오류 검출 정보

13.2.1 특징 프레임 길이 프레임의 최소와 최대길이가 제한 최소값 제한 : CSMA/CD의 정확한 동작을 위함

13.2.2 주소지정 이더넷 네트워크에 있는 각 지국(PC나 워크스테이션, 프린터 같은)은 자신의 네트워크 인터페이스 카드(NIC)를 가지고 있음 각 NIC는 지국 내부에 설치되어 있고 6바이트의 링크층 주소를 지국에게 제공 이더넷 주소는 6바이트(48비트)이며, 일반적으로 각 바이트를 콜론으로 분리한 16진법 표기법으로 쓰임

13.2.2 주소지정 예제 13.1: 주소 47:20:1B:2E:08:EE는 온라인에서 어떻게 전송되는지 보여라. 해설: 주소는 왼쪽에서 오른쪽으로, 바이트 별로 전송된다. 각 바이트에서는 아래에서 보는 바와 같이 오른쪽에서 왼쪽으로, 비트 별로 전송된다.

13.2.2 주소지정 유니 캐스트, 멀티 캐스트, 브로드 캐스트 발신지 주소는 항상 유니 캐스트 (unicast) 목적지 주소는 멀티캐스트(multicast), 브로드캐스트(broadcast) 첫 번째 바이트의 마지막 비트가 0이라면 이는 유니캐스트 주소를 의미하고 1이라면 멀티캐스트 주소 목적지 브로드캐스트 주소는 48비트 모두 1인 멀티캐스트의 특별한 경우

13.2.2 주소지정 그림 13.4: 유니캐스트와 멀티캐스트 주소

13.2.2 주소지정 예제 13.2: 아래의 목적지 주소의 형태를 정의하라. 4A:30:10:21:10:1A 47:20:1B:2E:08:EE FF:FF:FF:FF:FF:FF 해답: 주소의 형태를 찾기 위해 왼쪽으로부터 두 번째 16진수 자릿수를 주목할 필요가 있다. 만약 그 주소가 짝수이면 유니캐스트 주소이고 그 주소가 홀수이면 멀티캐스트 주소이다. 그리고 모든 자릿수가 F이면, 이 주소는 브로드캐스트이다. 따라서 풀이는 아래와 같다.

13.2.2 주소지정 예제 13.2(계속): 값 A를 2진수로 풀면 1010(짝수)이므로 이 주소는 유니캐스트이다. 값 7을 2진수로 풀면 0111(홀수)이므로 이 주소는 멀티캐스트이다. 모든 자릿수가 F이므로 이 주소는 브로드캐스트이다.

13.2.2 주소지정 그림 13.5: 표준 이더넷의 구현

13.2.4 표준 이더넷의 효율 이더넷의 효율은 지국이 데이터를 전송하기 위해 매체를 점유한 시간의 비율로 정의된다. 실제 표준 이더넷의 측정은 파라미터 “a”가 매체에 적합한 프레임의 수 일 때 다음과 같이 정의된다.

13.2.4 표준 이더넷의 효율 예제 13.3: 10Mbps의 전송율을 가진 표준 이더넷에서 매체의 길이가 2500 미터이고 프레임의 크기가 512비트라고 가정하자. 케이블에서 신호의 전파 속도는 보통 2 x 108 m/s이다. 예제의 경우 a = 0.24 인데 이는 프레임의 0.24만이 전체 매체를 점유하는 것을 의미한다. 효율은 39 퍼센트인데 이는 61퍼센트의 시간동안 지국이 매체를 사용하지 않는 것을 의미한다.

13.2.5 구현 표 13.1: 표준 이더넷 구현의 요약

13.2.5 구현 그림 13.6: 표준 이더넷 구현상의 부호화

13.2.5 구현 그림 13.7: 10Base5 구현

13.2.5 구현 그림 13.8: 10Base2 구현

13.2.5 구현 그림 13.9: 10Base-T의 구현

13.2.5 구현 그림 13.10: 10Base-F의 구현

13.2.6 표준 변경 그림 13.11: 대역폭 공유

13.2.6 표준 변경 그림 13.12: 브리지가 있는 네트워크와 브리지가 없는 네트워크

13.2.6 표준 변경 그림 13.13: 브리지형 네트워크와 브리지형이 아닌 네트워크의 충돌영역

13.2.6 표준 변경 그림 13.14: 교환형 이더넷

13.2.6 표준 변경 그림 13.15: 전이중 양방향 교환형 이더넷

13.3 고속 이더넷 고속 이더넷(Fast Ethernet) CSMA/CD의 정상적인 동작을 위하여 전송률 100 Mbps 자동협상: 2개의 장비들이 동작모드 또는 데이터율을 협상 CSMA/CD의 정상적인 동작을 위하여 버스형 토폴로지를 배제하고 수동형 허브와 성형 토폴로지 사용 - 표준 이더넷과의 호환성 고려 전이중 연결이 존재하는 링크계층 교환기 사용 - 충돌의 여지가 없음(CSMA 불필요)

13.3.2 물리계층 그림 13.16: 고속 이더넷 구현을 위한 부호화

13.3.2 물리계층 표 13.2: 고속 이더넷 구현 요약

13.4 기가비트 이더넷 기가비트 이더넷 표 13.3: 기가비트 이더넷 형식의 요약 802.3z 데이터 전송률을 1Gbps 상향 주소길이와 프레임 형식, 최소/최대 프레임 길이를 유지 거의 모든 구현은 전이중 양방향 방법을 사용 표 13.3: 기가비트 이더넷 형식의 요약

13.4.1 물리계층 그림 13.17: 기가비트 이더넷의 부호화

13.5 10-기가비트 이더넷 10-기가비트 이더넷 표 13.4: 10-기가비트 이더넷 형식의 요약 802.3ae 이더넷을 LAN이나 MAN(도시 통신망)에서 사용 경합이 필요 없는 전이중 모드(CSMA/CD 필요 없다) 10GBase-SR, 10GBase-LR, 10GBase-EW, 10GBase-X4 표 13.4: 10-기가비트 이더넷 형식의 요약

13.6 요약 Q & A

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