근거리통신망

(1)

데이터통신

Mokwon University

근거리통신망

(2)

Mokwon University 2 데이타통신과네트워킹/근거리통신망

차례

 LAN 개요

 프로젝트 802

 이더넷(Ethernet)

 이더넷 개요

 이더넷 구현

 토큰 버스(Token Bus)

 토큰 링(Token Ring)

 FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

 ATM-LAN

(3)

LAN 개요



네트워크의 범주: 규모, 소유자, 거리, 물리적 구조에 따라 구분



근거리통신망(LAN:Local Area Network)

 개인소유, 단일사무실, 건물 혹은 학교 등

 수Km이내, 버스형, 링형, 스타형

 수십Mbps, 수백Mbps, 수Gbps 고속화

(4)

LAN 개요…



공유된 통신채널

 다수 컴퓨터 간의 통신 채널의 공유를 통하여 연결수를 줄임

 경제적 통신 수단

 연결된 컴퓨터는 공유 채널 사용을 위해 경쟁하여야 한다.



LAN 기술

 공유 매체 접근 방식

 변조 기술

LAN

(5)

LAN 개요…



LAN의 장점

 매체의 고속화가 WAN 경우보다 쉽고 비용이 적게 든다.

 Locality of reference(지역 참조성) 특성으로 효용성이 큼

 Spatial locality of reference - 지역적으로 가까이 있는 컴퓨터와 더 많이 통신하는 경향

 Temporal locality of reference - 컴퓨터는 한번 통신한 컴퓨터와 가까운 장래에 반복적으로 통신하는 경향

LAN WAN LAN

R R

(6)

LAN 개요…



LAN 토폴로지

 Star

 Ring

 Bus

1장에서 배운 네트워크 토폴로지 복습!

(7)

LAN 개요…



LAN 종류

 이더넷(Ethernet)

 토큰 버스(Token Bus)

 토큰 링(Token Ring)

 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)

IEEE 프로젝트802 표준안

ANSI 표준안

(8)

프로젝트 802



IEEE에서는 1985년 프로젝트 802를 결성



프로젝트 802와 OSI모델과의 관계

 두개의 부계층(sub-layer)로 나눔

 기존의 데이타링크 계층에는 공유 매체에 대한 액세스 제어 가 없음

LAN 구조와 무관 LAN 종류에

따라 규정

(9)

프로젝트 802…



인터네트워킹(internetworking) 관련 포함

 LAN 간의 호환성 보장, 데이터 교환 허용



모듈 설계 개념

(10)

프로젝트 802…



IEEE 802.1

 LAN 들의 인터네트워킹 표준안

 서로 다른 네트워크 간의 비호환성 문제 해결

 LAN간, LAN-WAN 간 접속



IEEE 802.2 (LLC:Logical Link Control)

 IEEE 802 데이터링크계층의 상위부계층

 모든 LAN 프로토콜에 공통

 엑세스 방식(802.3, 802.4, 802.5, FDDI)과 무관

 상위층에 대한 인터페이스를 제공

 흐름제어, 에러제어 수행



MAC(Medium Access Control)

 매체접근제어: 공유매체의 경쟁(contention) 문제 해결

 물리주소(MAC 주소) 인식

 에러검출, 에러있는 프레임은 버림

(11)

LLC PDU



SAP(Service Access Point) 영역

 송수신기의 상위계층 프로토콜 스텍을 구별

 DSAP(destination service access point)

 SSAP(source service access point)

(12)

LLC PDU…



프레임의 역다중화 과정

MAC

EtherType Length DSAP

SNAP X.25

IP

NetBIOS

Netware

7e 06 a0 e0

aa

SNAP: 상위계층 프로토콜 구별능력의 확장을 위한 5Byte 추가정보

LLC 프레임 형식 (프레임의 2Byte 필드값이 0600미만)

(13)

LLC PDU…



Control 영역

 HDLC 제어 영역과 동일

(14)

Ethernet



가장 보편적인 LAN 기술



1970년대 초반 제록스(Xerox)에서 고안



DEC, Intel, Xerox 공동 - DIX standard



현재 IEEE에서 표준화 관리

 IEEE 802.3



버스 구조의 공유 매체 사용

(15)

Ethernet…



전송되는 신호의 전송 방식에 따라

 Baseband LAN: 변조하지 않는 디지털 신호 전송

 Manchester 선로 부호화 방식

 Broadband LAN: 변조된 아날로그 신호 전송



전송속도와 사용하는 케이블에 따라

 10Base5, 10Base2, 10Base-T, 1Base5, 100Base-T

 10Base5(10Mbps, baseband, 500m cable length)

 사용하는 케이블에 따라 거리 제한

전송 매체 데이터 속도 최대 세그먼트길이 10Base5 Coaxial 10Mbps 500m

10Base2 Coaxial 10Mbps 185m 1Base5 Coaxial 1Mbps 500m 10Base-T UTP 10Mbps 100m

LAN표준

(16)

CSMA(Carrier Sense Multiple Access)



매체접근제어 방법

 한 순간에 하나의 컴퓨터만 공유매체를 점유하여 전송



Carrier Sense Multiple Access

 분산된 조정 기법

 Multiple access : 다수 컴퓨터가 공유매체를 사용하기 위해 경 합

 Carrier sense: Carrier 감지

(17)

Collision Detection



두 컴퓨터가 동시에 검사하고 채널이 Idle한 것을 감 지한 경우 충돌(collision)이 발생



두개 이상의 신호가 간섭, 신호 전송의 혼선

 매우 높은 전압 감지

(18)

CSMA/CD



Ethernet 인터페이스에는 신호를 감시하고 충돌로 인 한 신호 왜곡을 감시하는 하드웨어를 가짐



충돌이 감지되면 현재 전송을 중단하고 회선이 사용되 지 않을 때 까지 기다려야 함



이러한, 조정 방식을 CSMA/CD라 함

 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

(19)

CSMA/CD…



충돌의 복구

 컴퓨터에서 충돌을 감지하면 충돌 프레임이 혼선을 일으키 지 않도록 특별한 신호(32bit jamming signal)를 전송

 컴퓨터는 Idle할 때 까지 기다려야 한다.

 두 컴퓨터가 같은 시간 간격 동안 기다리면 또 충돌이 발생

 표준에서는 최대 지연시간 보다 적은 값으로 랜덤 지연시간을 선택하여 재시도

 지수 대기(Exponential Backoff)

 컴퓨터에서 재충돌에서는 지연시간을 두배로 증가 (충돌 확률 을 줄임)

(20)

Ethernet 프레임 형식



IEEE 802.3 MAC 프레임 형식

 Preamble: 10101010…10 (1과 0의 반복 비트열, 7바이트)

 비트 동기

 SFD(start frame delimiter): 10101011

 프레임의 시작을 알리는 기능

 DA(destination address): 목적지의 물리주소

 SA(source address): 발신지의 물리주소

 Length: LLC PDU 길이

 802.2(LLC) PDU: 46 – 1500 바이트 길이

 CRC: CRC-32

(21)

Ethernet 프레임 형식…



DIX 2.0 MAC 프레임 형식

 Preamble: 10101010……10101011 (8바이트)

 비트 동기, 프레임의 시작을 알리는 기능

 DA(destination address): 목적지의 물리주소 6바이트

 SA(source address): 발신지의 물리주소 6바이트

 Type: 상위 계층 프로토콜의 종류

 Data: 46 – 1500 바이트 길이

 CRC: CRC-32

(22)

Ethernet 프레임 형식…



DIX 2.0 MAC 프레임과 IEEE 802.3 프레임의 구 별 방법

 Type 필드의 두 바이트 값이 0x600이상이면 DIX 2.0 MAC 프레임 유형

프로토콜

0000-05dc IEEE802.3 길이 영역

0600 XNS IDP

0800 IP

0806 ARP

Ethertype Code

(23)

Ethernet 구현



NIC(Network Interface Card)

 LAN의 데이타 전송 속도



CPU 속도

 통신망 접속을 위한 특수 목적의 전용 하드웨어를 사용

 벡플레인의 독립적인 카드로 구현

(24)

Ethernet 구현…



10Base5: 굵은 이더넷

 굵은 동축 케이블(RG-8) 사용

 Baseband

 최대 세스먼트(segment) 길이: 500m

 Tap 간 간격: 2.5m의 배수

 물리 세그먼트 길이의 연장: 최대 4개 리피터(repeater)

(25)

Ethernet 구현…



10Base5: 굵은 이더넷(계속)

 접속 형태

(26)

Ethernet 구현…



10Base5: 굵은 이더넷(계속)

 송수신기 연결

(27)

Ethernet 구현…



10Base2: 얇은 이더넷(Thin Ethernet)

 10Base5보다 얇은 동축 케이블(RG-58) 사용

 비용감소, 설치의 용이성(케이블을 다루기가 용이)

 최대 세그먼트 길이 감소: 185m

 접속 형태

(28)

Ethernet 구현…



10Base2: 얇은 이더넷 (계속)

BNC-T: T자형 컨넥터

(29)

Ethernet 구현…



10Base-T: twisted-pair Ethernet

 UTP 케이블 사용: 가볍고 유연한 케이블로 설치가 용이

 Star 형 LAN 구성: 유지보수 용이, 장애 격리

 물리적인 토폴로지와 논리적인 토폴로지

 최대 세그먼트 길이 감소: 100m

(30)

Ethernet 구현…



10Base-T (계속)

 케이블링

(31)

Ethernet 구현…



Combo형 NIC

(32)

퀴즈



Ethernet에서는 CSMA/CD 방식의 매체접근제어 프로토콜을 사용한다고 하였습니다.



그런데, Ethernet 프레임의 최소 크기와 CSMA/CD 동작과 관계가 있습니다.



어떤 문제점이 있는지 보조 화면을 본 다음에 다음

문제를 풀어 보도록 합시다.

(33)

CSMA/CD 동작과 Ethernet 최소 프레임



프래시 애니메이션 효과

 별도 ppt 자료 참조

(34)

문제



매체에는 신호 전파의 지연이 존재하므로

CSMA/CD 동작에서 충돌이 발생한 사실을 가장 늦 게 알게 되는 극단적인 상황이 발생할 수 있습니다.



앞에서 충돌이 발생하면 보내던 프레임이 유효하지 않음을 나타내기 위하여 jamming 신호를 만들어 보낸다고 하였습니다.



그런데, 보내던 프레임을 전부 보내버린 상태에서 충 돌 신호를 감지하면 어떻게 되겠습니까?



이러한 상황이 발생하지 않도록 하기 위해서는 세그 먼트의 최대 거리와 보내는 프레임의 길이, 전송속도 를 조정하지 않으면 안됩니다.



단말이 세그먼트의 양쪽 끝에 있다고 가정할 때, 프

레임의 전송 시간( t _frame ) 신호의 전파지연 시간( t _prop )

과 관계가 있습니다. 수식으로 표현해 보시오.

(35)

교환형 이더넷(Switched Ethernet)



Hub를 사용하는 Ethernet

 물리적으로는 Star, 논리적으로는 Bus형

 하나의 전송이 전체 전송 용량(10Mbps)을 사용

(36)

교환형 이더넷…



LAN Switch를 이용한 Ethernet 구성

 Switch에서 병렬 전송 제공

 발신지와 목적지가 서로 다른 경우 동시 전송 최대 전달 대역폭

= R x N/2

R: 컴퓨터의 전송속도 N: 스위치의 포트 수

(37)

Fast Ethernet



Ethernet에서의 충돌 영역의 제한

 프레임 전체가 송신되기 전에 충돌을 감지해야 함

 10Base5: 2,500m

 72Byte x 8bits / 10Mbps =57.6



sec (최소프레임전송시간)

 전파지연: 2 x 108m/sec = 200m/



sec

 57.6



sec x 200m /



sec = 11,520m > 2 x 2,500m

 최소 프레임의 크기 변경 없이 데이터율을 증가시키려면

 세그먼트의 길이를 줄여야 함 -> 왕복시간을 감소

 100Mbps 속도에는 5.76



sec

 충돌영역이 2,500m(10Mbps)에서 250m(100Mbps)이내로 감소

Fast Ethernet은 MAC 프 로토콜의 변경 없이 충돌영역의 제한만으로 고속화를 실현

(38)

Fast Ethernet…



100Base-TX

 2쌍의 Cat 5 UTP나 STP

 단말과 허브(혹은 교환기) 간의 거리: 100m이내

 최대 네트워크 크기(network span): 200m

(39)

Fast Ethernet…



100Base-FX

 두 광섬유

 단말과 허브(혹은 교환기) 간의 거리: 2,000m이내

 Full-duplex로 동작, CSMA/CD 를 동작시키지 않음



100Base-T4

 기존에 설치된 cat 3 UTP를 사용하여 고속 이더넷을 사용 할 수 있도록 한 사양

(40)

Gigabit Ethernet



충돌 영역의 제한

 세그먼트를 길이를 줄여 충돌 영역을 감소시키는 데 제한

 프레임의 길이 확장을 위한 설계



UTP, STP 사용가능, 광섬유를 주로 사용



주로, LAN을 연결하는 Backbone 망으로 사용

(41)

토큰 버스(Token Bus)



CSMA/CD 방식의 Ethernet의 문제점

 충돌이 적은 환경(세그먼트 내에 단말의 수가 적은 경우)에 는 문제가 적지만

 단말의 수가 증가하면 충돌이 늘어나 성능이 떨어지고 충돌 로 인한 지연을 예측하기 어렵다.



토큰 버스

 물리적으로는 버스형이나 논리적으로는 링형으로 동작

 충돌이 없으므로 예측 가능한 지연을 가짐

 공장 자동화나 공정 제어에 사용

(42)

토큰 링(Token Ring)



링형으로 연결된 station 들이 차례로 송신 기회를 갖도록 동작

 전송 권한의 순환을 조절하는 토큰(token)을 사용

 순환되는 토큰을 가진 station은 한 프레임만 송신

 예측 가능한 데이터 전송 지연

(43)

토큰 링(Token Ring)…



토큰 전달 동작

a.

A가 Token을 접수 하고 프레임 전송

b.

C는 그냥 지남

c.

D는 프레임을 수신

하고 프레임은 계속 순환 시킴

d.

최종적으로 A가 자 신의 프레임을 제거 하고 Token은 계속 순환

(44)

FDDI(Fiber Distributed Data Interface)



ANSI와 ITU-T에 의해 표준화



토큰 전달 방식을 사용하는 링형의 LAN



100Mbps의 데이터율, 광섬유 기반



데이터 프레임을 동기와 비동기 프레임으로 구별

 동기 프레임: 실시간 정보 전달

 비동기 프레임: 비 실시간 정보 전달



이중링(dual ring)으로 구현

(45)

FDDI…



FDDI 링의 Self-healing 동작

(46)

FDDI…



FDDI 프로토콜 계층

(47)

ATM LAN



ATM(Asynchronous Transfer Mode) 교환 방식 을 LAN에 적용



ATM Switch를 Hub로 구성



각 컴퓨터는 점대점으로 switch에 접속

(48)

ATM LAN…



100Mbps이상의 속도로 데이터 전송



광섬유를 기본으로 사용



각 연결에 두 가닥(양 방향)을 사용

Switch

(49)

요약

 LAN은 다수 컴퓨터 간에 통신 채널을 공유하는 경제적인 통신 수단

 IEEE802 프로젝트는 데이터링크계층을 2개의 부계층(LLC와 MAC)으로 세분화하여 설계

 LLC는 상위층에 대한 인터페이스를 제공하고 흐름제어와 에러 제어를 수행

 MAC은 공유매체의 경쟁 문제 해결을 포함하는 매체접근제어 기능을 수행

 프로젝트802에서 규정한 LAN으로 Ethernet, Token Bus, Token Ring 등이 있다.

 CSMA/CD는 분산 조정 기법으로 회선 사용 여부를 검사하는 과정과 충돌을 감지하고 재 시도하는 과정을 포함한다.

 그 밖의 이더넷으로 교환형 이더넷, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet 등이 있다.

 전송지연을 예측할 수 있는 토큰 버스와 토큰 링 네트워크