HANNAM UNIVERSITY 1 Chapter 3 기반 기술 (Underlying Technology)

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1 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 1 Chapter 3 기반 기술 (Underlying Technology)

2 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 학습목표 (OBJECTIVES): 2  유선 LAN(Ethernet) 기술 소개 : traditional, fast, gigabit, and ten-gigabit Ethernet.  무선 LAN 기술 소개 : IEEE 802.11 LAN, Bluetooth.  point-to-point WAN 소개 : 56K modems, DSL, cable modem, T- lines, SONET.  교환형 (switched) WAN: X.25, Frame Relay, ATM.  연결 장치 소개 : repeaters(hubs), bridges (two-layer switches), routers (three-layer switches).

3 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3 Chapter Outline 3.1 Wired Local Area Network 3.2 Wireless LANs 3.3 Point-to-Point WANs 3.4 Switched WANs 3.5 Connecting Devices

4 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  아파트, 빌딩 또는 캠퍼스와 같은 제한된 지역 의 독립적인 장치들이 서로 통신할 수 있게 하 는 데이터 통신 시스템  자원 공유를 위해 기관 내에 있는 컴퓨터 연결 사용  대부분 광역통신망 (WAN) 이나 인터넷에 연결  LAN 기술 : 이더넷, 토큰링, 토큰버스, FDDI, ATM 4 3-1 유선 근거리 통신망

5 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 5 Topics Discussed in the Section IEEE Standards Frame Format Addressing Ethernet Evolution Standard Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Ten-Gigabit Ethernet

6 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr IEEE 표준 6

7 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ IEEE 표준 ( 계속 )  프로젝트 802 위원회  데이터 링크층  논리링크 제어 (LLC: Logical Link Control)  프레임 만들기  매체 접근 제어 (MAC: Medium Access Control)  물리층  사용된 물리적 매체의 구현 방법과 형태에 의존 7

8 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 이더넷 프레임 (Ethernet Frame)  7 개의 필드로 구성  확인응답을 제공하지 않으므로 신뢰성이 없 음  확인 응답은 상위계층에서 구현 8

9 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 표준 이더넷 ( 계속 )  프레임 (Frame) 형식  Preamble – alert, timing, start synchronization  SFD(Start frame delimiter) - 프레임시작  목적지 주소 (DA ; Destination address)  발신지 주소 (SA ; Source address)  PDU 길이 / 유형  데이터  CRC – 오류 발견정보, CRC-32 9

10 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 프레임 최대길이와 최소 길이  프레임의 최소와 최대길이가 제한  최소값 제한 : CSMA/CD 의 정확한 동작을 위함 10

11 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 11 Minimum length: 64 bytes (512 bits) Maximum length: 1518 bytes (12,144 bits) Note

12 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  주소지정 (Addressing)  모든 지국은 내부에 NIC(network interface card) 장착  6 바이트 (48 비트 ) 물리 주소 지국에 제공 12 16 진수 값으로 표현한 이더넷 주소

13 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr Unicast 와 Multicast addresses  유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트  발신지 주소는 항상 유니캐스트 (unicast)  목적지 주소는 브로드캐스트 (broadcast) 또는 멀티 캐스트 (multicast) 13

14 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 14 The broadcast destination address is a special case of the multicast address in which all bits are 1s. Note

15 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 15 The least significant bit of the first byte defines the type of address. If the bit is 0, the address is unicast; otherwise, it is multicast. Note

16 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 16 다음 목적지 주소의 유형을 나타내시오 : a. 4A:30:10:21:10:1A b. 47:20:1B:2E:08:EE c. FF:FF:FF:FF:FF:FF Solution 주소 유형을 알기 위해서, 왼쪽에서 두 번째 자리 값을 살펴보아야 한다. 만약 짝수이면 유니캐스트이고. 홀수이면 멀티캐스트이다. 모든 자릿수 값이 F이면, 브로드캐스트이다. 따라서: a. This is a unicast address because A in binary is 1010 (even). b. This is a multicast address because 7 in binary is 0111 (odd). c. This is a broadcast address because all digits are F’s. Example 3.1

17 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 17 주소 47:20:1B:2E:08:EE 가 회선상에 보내지는 것을 보여라 solution 주소는 다음과 같이 바이트 단위로 left-to-right, byte by byte로 보내지고; 각 바이트에 대해, right-to-left, bit by bit로 보내진다: ← 11100010 00000100 11011000 01110100 00010000 01110111 Example 3.2

18 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 4 세대를 거친 이더넷 발전  1976 년 제록스사 Palo Alto 연구센터에서 처 음 만듬 18

19 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.1 유선 근거리 통신망 (LAN)  표준 이더넷 (Ethernet)  1973 년 제록스사가 설계한 프로토콜  데이터 전송률 : 10Mbps  접속형태 – 버스형  접근 방법 : CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)  IEEE 802.3 표준 19

20 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr CSMA 에서 충돌의 Space/time 모델 20 TimeTime BACD

21 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr CSMA/CD 에서 첫번째 비트의 충돌 21

22 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 22 표준 이더넷에서, 최대 전파시간 (maximum propagation time) 은 25.6 μs 이다, 프레임의 최소 길이는 얼마인가 ? Solution 프레임 전송 시간은 T fr = 2 × T p = 51.2 μs이다. 이는 최악의 경우, 지국은 충돌을 탐지하기 위해 51.2 μs 주기동안에 전송해야 한다는 것을 의미한다. 프레임의 최소 길이는 10 Mbps × 51.2 μs = 512 bits 또는 64 bytes이다. 이는 실제로 표준 이더넷에서 프레임의 최소 길이이다. Example 3.3

23 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr CSMA/CD 흐름도 23

24 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  표준 이더넷 구현  예 : 10Base-X  숫자 : 데이터 전송률 (Mbps)  Base: 베이스밴드 ( 디지털 )  X: 100m 단위 케이블 최대 길이 24

25 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 표준 이더넷 구현 25

26 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣고속 이더넷 (fast Ethernet)  데이터 전송률 : 100Mbps  표준 이더넷과 호환  같은 48 비트 주소 사용  같은 프레임 형식 사용  MAC 부계층을 그대로 유지  접근방법 (CSMA/CD) 은 반이중은 같고, 전이중은 필요 없음  전통적인 이더넷과의 호환성을 위해 CSMA/CD 를 유지 26

27 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣고속 이더넷 (fast Ethernet)( 계속 )  자동 협상 (autonegotiation)  고속 이더넷에 새로이 추가된 기능  허브에게 단일 능력이 아닌 여러 가지 특성 허용  목적  비호환 지국들을 서로 연결  하나의 장치가 다중 기능을 갖는 것을 허용  지국이 허브의 기능을 확인할 수 있도록 함 27

28 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  고속 이더넷 구현 28

29 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 고속 이더넷 (Fast Ethernet) 구현 29

30 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣기가 비트 (Gigabit) 이더넷  표준 802.3z  데이터 전송률 : 1 G(1000M)bps  표준과 고속 이더넷과 호환  MAC 부계층  MAC 부계층을 변경없이그대로 사용  1-Gbps 의 속도로 전송할 때는 가능하지 않음  매체접속  CSMA/CD 를 이용하는 반이중 양방향 : 오늘날 사용하지 않음  CSMA/CD 가 불필요한 전이중 양방향 30

31 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  기가비트 이더넷 구현 31

32 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 32 In the full-duplex mode of Gigabit Ethernet, there is no collision; the maximum length of the cable is determined by the signal attenuation in the cable. Note

33 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr Gigabit 이더넷 구현 33

34 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  10 Gagabit 이더넷구현  데이터 전송률 10Gbps 까지 업그레이드  표준, 고속, 기가비트 이더넷과 호환  기존 LAN 을 WLAN 과 상호연결 허용  프레임 중계와 ATM 기술과 호환 34

35 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  무선 LAN : IEEE 802.11  구조  기본 서비스 집합 (BSS : Basic Service Set)  무선 지국과 AP(Access Point) 로 구성  AP 가 없는 BSS : 애드혹 (Ad hoc) 구조  AP 가 있는 BSS : 기반구조  확장 서비스 집합 ESS(Extended Service Set)  AP 를 가지고 있는 두개 이상의 BSS 로 구성 35 3-2 무선 LAN

36 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 36 Basic service set (BSS)

37 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 37 Extended service set (ESS)

38 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 지국 유형  무전이 이동성 (No-Transition Mobility)  고정이거나 한 BSS 에서 이동  BSS 전이 이동성 (BSS-Transition Mobility)  ESS 내에서 BSS 간 이동 가능  ESS 전이 이동성 (ESS-Transition Mobility)  ESS 간 이동 가능 38

39 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ CSMA/CA 흐름도 39

40 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 프레임 교환 시간선 (frame exchange time line)  DIFS(distribute interframe space)  SIFS(short interframe space)  RTS(request to send)  CTS(clear to send) 40

41 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr CSMA/CA 와 NAV 41

42 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  네트워크 할당 벡터 (Network allocation vector)  RTS 프레임 내에 채널 점유에 필요한 시간을 포함  전송에 영향을 받는 지국은 NAV 타이머 생성  채널 확인을 위해 물리매체 감지전에 NAV 타이머 검사  핸드쉐이킹 (handshaking) 동안의 충돌  RTS 또는 CTS 제어 프레임 전송 중 충돌  충돌 감지 수단이 없기 때문에 CTS 프레임을 받지 못하면 충돌이라고 가정  단편화 (fragmentation)  무선 환경의 잡음으로 인한 훼손 빈번  큰 프레임을 작은 프레임으로 나누는 단편화 권고 42

43 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 프레임 형식 43

44 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  프레임 제어 필드 44

45 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 프레임 형식  기간 (D, duration)  NAV 값 설정시 사용되는 전송 기간  주소 (address)  각각 6 바이트 길이의 4 개 주소 필드  순서 제어 (SC, sequence control)  흐름 제어에 사용되는 프레임 순서 번호  프레임 몸체 (frame body)  0 에서 2,312 바이트 길이, FC 필드의 유형과 부유형에 정의한 정보  FCS  CRC-32 오류 검출 순서 포함 45

46 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 15.1 IEEE 802.11( 계속 )  프레임 종류  관리 프레임 (Management Frame)  제어 프레임 (Control Frame)  데이터 프레임 (Data Frame) SubtypeMeaning 1011 Request to send (RTS) 1100 Clear to send (CTS) 1101 Acknowledgment (ACK) 46

47 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 47

48 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  주소 체계 48

49 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 숨겨진 지국 문제 (hidden station problem) 49

50 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 50 The CTS frame in CSMA/CA handshake can prevent collision from a hidden station. Note

51 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 숨겨진 지국 문제를 예방하기 위한 핸드쉐이킹 51

52 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 노출된 지국 문제 (Exposed station problem) 52

53 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 노출된 지국 문제에서 핸드쉐이킹 사용 53

54 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 블루투스 (Bluetooth)  서로 다른 기능을 가진 장치 ( 전화기, 노트북, 카메라, 프린터 등 ) 를 연결하기 위해 설계된 무 선 LAN 기술  IEEE 802.15 표준안  무선의 개인 영역 네트워크 (PAN, personal- area network) 로 정의 54

55 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 피코넷 (Piconet) 55

56 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 스케터넷 (Scatternet) 56

57 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  블루투스 장치  내부에 단거리 무선 전송기 장착  2.4GHz 대역에서 1Mbps  IEEE 802.11b 무선 LAN 과 간섭 가능성 57

58 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 프레임 형식 유형 (Frame format types) 58

59 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ▣ 프레임 형식  접근 코드 (access code)  피코넷의 프레임간의 구별  헤더  주소 : 7 개까지 슬래이브 지정  유형 : 상위 계층 데이터 유형 정의  F. : 흐름 제어  A. : 확인 응답  S. : 순서 번호  HEC. : 헤더 오류 정정  페이로드  0 ~ 2,740 비트의 길이 59

60 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  점 - 대 - 점 - 광역통신망 60 3-3 POINT-TO-POINT WANS 65K Modems DSL Technology Cable Modem T Lines SONET PPP

61 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 56K modem  업로딩 : 33.6Kbps  다운로딩 : 56Kbps 61

62 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.3 점 - 대 - 점 WAN  DSL(Digital Subscriber Line) 기술  A(Asymmetric)DSL  RA(Rate adaptive) DSL  HDSL(High bit rate) DSL  S(Symmetric) DSL  V(Very high bit rate) DSL 62

63 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 63 ADSL is an asymmetric communication technology designed for residential users; it is not suitable for businesses. Note

64 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ADSL 대역폭 분할 (Bandwidth division) 64

65 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr ADSL 과 DSLAM  DSAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer 65

66 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.3 점 - 대 - 점 WAN 66  케이블 모뎀  케이블 TV 네트워크 이용  전통적인 케이블 네트워크 : 단방향  HFC(Hybrid fiber-coaxial) 네트워크 : 광섬유와 동축 혼합 사용  대역폭 (bandwidth) : 5~750MHz

67 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.3 점 - 대 - 점 WAN  공유 (Sharing)  상향과 하향 대역폭을 가입자들이 공동으로 사용  모든 대역은 6MHz 채널로 나누어 사용  상향 데이터 채널은 6 개  하향 데이터 채널은 33 개  수천, 수만의 가입자에 대해 시분할 (time sharing) 을 이용하여 서비스 67

68 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 케이블 모뎀 구성 (Cable modem configuration) 68

69 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  T 회선  다중화 음성 채널을 위해 설계된 표준 디지 털 전화 설비 69

70 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  SONET  Synchronous Optical Network  광섬유 케이블 이용 고속 데이터 전송 규정  STS: Synchronous Transport Signal  OC: Optical Carrier 70

71 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr PPP  Point-to-Point Protocol  물리층 : ANSI 에서 공인된 모든 종류의 프로토콜 지원  LCP(Link Control Protocol)  NCP(Network Control Protocol)  PPPoE(PPP over Ethernet)  PPP 프레임 71

72 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  인터넷 백본 네트워크 사용  넓은 지역 ( 주 또는 국가 ) 에 걸쳐 구축  사용자에게 여러 접속 지점 제공  교환형 WAN 기술은 LAN 기술과 다름  교환기는 여러 개의 경로 생성에 사용 72 3-4 SWITCHED WANS X.25 Frame Relay ATM

73 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.4 교환형 WAN  X.25  1970 년대 소개  최초의 교환 WAN  전송 매체의 신뢰성이 낮음  데이터 링크와 네트워크 층에서 흐름제어와 오류제어 수행  IP 와 X.25 간 충돌 73

74 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.4 교환 WAN  프레임 중계  X.25 를 대체하기 위해 설계  높은 데이터 전송률 (1.544Mbps – 44.736Mbps)  Busty Data : 요구 대역폭 (Bandwidth on Demand)  개선된 전송매체로 인한 적어진 오버헤드 (less overhead due to Improved Transmission Media) 74

75 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.4 교환 WAN  비동기 전송 방식 (ATM)  ATM 포럼에서 설계  설계 목표  광섬유 활용 전송 시스템  기존 시스템과 조화  비용 저렴  기존 원격 통신 계층 (local loop, local provider, 장거리 통신 사업자 등 ) 들을 지원  가능한 하드웨어가 필요한 기능 수행 75

76 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 76 A cell network uses the cell as the basic unit of data exchange. A cell is defined as a small, fixed-size block of information. Note

77 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 77 ATM 다중화

78 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 78 ATM 네트워크 구조

79 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 79 가상회선 (Virtual circuit)

80 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 80 A virtual connection is defined by a pair of numbers: the VPI and the VCI. Note

81 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 81 ATM 계층구조

82 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 3.4 교환형 WAN  ATM 계층  응용 적용 계층 (AAL)  AAL1 : 고정 비트율 (Constant-Bit rate) 데이터 ( 실시간 음성, 실시간 영상 )  AAL2 : 가변 비트율 (Variable-Bit rate) 데이터 ( 압축된 음성, 데이터, 비디오 )  AAL3/4 : 연결지향형 패킷 교환 프로토콜 (X.25)  AAL5 : 비 연결형 패킷 프로토콜 (IP 프로토콜 )  ATM 계층  라우팅, 트래픽 관리, 교환, 다중 서비스  물리층  전송 매체, 비트 전송, 부호화, 전기신호의 광신호 변환 82

83 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 83 계층의 이용

84 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 84 The IP protocol uses the AAL5 sublayer. Note

85 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 85 AAL5

86 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 86 ATM 계층

87 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 87 ATM 셀 (cell)

88 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr  LAN 또는 WAN 을 연결하기 위해 연결장치 사 용  연결장치는 여러 계층에서 동작  repeaters ( 또는 hubs)  bridges ( 또는 two-layer switches)  routers ( 또는 three-layer switches). 88 3-5 CONNECTING DEVICES

89 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 89 연결 장치 (Connecting devices)

90 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 90 리피터 (Repeater) 또는 허브 (hub)

91 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 91 A repeater forwards every bit; it has no filtering capability. Note

92 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 92 A bridge has a table used in filtering decisions. Note

93 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 93 A bridge does not change the physical (MAC) addresses in a frame. Note

94 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 94 브리지 (Bridge)

95 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 95 MM M M 학습 브리지 (Learning bridge)

96 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 96 A router is a three-layer (physical, data link, and network) device. Note

97 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 97 A repeater or a bridge connects segments of a LAN. A router connects independent LANs or WANs to create an internetwork (internet). Note

98 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 98 라우팅 예 (Routing example)

99 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 99 A router changes the physical addresses in a packet. Note

100 HANNAM UNIVERSITY Http://netwk.hannam.ac.kr 100 연습문제 풀이해서 Report 로 다음주까지 ( 일주일 후 ) 제출해 주세요 ! 알림