LAN의 전반적인 주요 구조 == IEEE 802.3 표준 == 이더넷
IEEE 802.3 MAC(Media Access Control)
CSMA/CD 진화 단계
1. 알로하(ALOHA)
•
패킷 라디오 네트워크를 위해 개발되었으나, 어떤 공유 전송 매체에도 적용 가능
•
알로하에서 스테이션은 언제라도 프레임을 전송 가능
•
스테이션이 프레임을 받는 시간: 최대 왕복 전파 지연시간(가장 멀리 떨어진 두 스테이션 사이에서 한 프레임을 보내는 데 걸리는 시간의 두 배) + 약간의 추가 시간
이 시간동안 ack을 받으면 성공
•
RECIEV: HDLC처럼 FCS를 조사하여 프레임이 올바르게 수신되었는지 판단
프레임이 올바르고 프레임 헤더의 목적지 주소가 수신기의 주소와 일치할 시 스테이션이 ack 전송
•
충돌: 프레임이 유효하지 않은 경우 → 단순 무시
•
slotted ALOHA로 발전: 알로하와 유사하지만 time slot과 함께 사용
2. CSMA(Carrier Sense Multiple Access)
•
반송파 감지: CSMA에서 전송을 원하는 스테이션은 다른 스테이션이 전송 중인지 판별하기 위해, 먼저 전송 매체를 들음
•
매체가 사용중일 시 스테이션은 대기
•
매체가 놀고 있으면 스테이션이 전송
•
거의 동시에 전송이 이루어질 때 충돌 발생
⇒ 스테이션은 전송 후 합리적인 시간 만큼 회신을 기다림
(수신 확인이 없을 시 충돌이 발생했다고 가정하고 재전송)
충돌은 둘 이상의 사용자가 짧은 시간 안에서 전송을 시작할 때에만 발생
•
전송 매체가 사용중일 때 스테이션이 무엇을 해야하는지 명시하는 알고리즘 필요
⇒ nonpersistent, 1-persistent, p-persistent 분류
2-1. Nonpersistent CSMA
STEPS
1.
만약 medium이 놀고 있으면 transmit
2.
아닌 경우(medium이 사용중인 경우) 재전송 지연만큼 기다린 후 단계 1로
(반복)
충돌 확률을 줄이지만
단점
⇒ 두 스테이션이 거의 같은 시간만큼 지연한다면, 거의 같은 시간에 전송 재시도
⇒ 전송을 원하는 스테이션들이 있음에도 불구하고, medium이 전송이 끝난 직후 일반적으로 idle하게 되므로 용량이 낭비됨
2-2. 1-persistent CSMA
STEPS
1.
만약 medium이 놀고 있으면 transmit
2.
아닌 경우(medium이 사용중인 경우) 채널이 유효 상태로 감지될 때까지 계속해서 듣다가 즉시 전송
(반복)
두 개 이상의 스테이션이 기다린다면, 반드시 충돌함. 충돌이 발생하면 후퇴.
2-3. p-persistent CSMA
STEPS
1.
만약 medium이 놀고 있으면:
a.
확률 p로 전송
b.
(1-p)의 확률로 한 단위시간만큼 지연(단위시간 == 최대 전파 지연)
2.
medium이 사용중인 경우: 채널이 유효 상태로 감지될 때까지 계속해서 듣다가 즉시 전송
3.
전송을 한 단위시간만큼 지연하면 단계 1 반복
(반복)
효율적인 P 값은?
•
스테이션이 n개일 때
•
np == (전송 준비중인 스테이션 수) * 전송 확률
if (np > 1): 충돌 많아짐
np는 n의 예상 최대값으로 1보다 작아야 함
3. CSMA/CD
눈에 띄는 단점: 두 프레임이 충돌하면, media는 두 손상된 프레임이 전부 전송될 때까지 불안정한 상태로 남음. 전파시간에 비교하여 프레임 길이가 긴 경우, 낭비되는 대역폭의 크기가 상당할 것
⇒ 스테이션이 전송하는 동안 media를 계속 Listen하고 있으면 줄일 수 있음
1.
매체가 idle일 때 전송
2.
매체가 busy하면 채널이 idle될 때 까지 계속 Listen, 즉시 전송
3.
전송 중에 충돌 감지 시 media에 짧은 방해신호 전송, 모든 스테이션이 충돌을 알고 전송을 중단하도록 함
4.
방해신호 전송 → 후퇴(backoff) 시간 동안 기다린 다음 단계 1부터 반복
IEEE 802.3은 1-persistent 씀(나머지 둘은 performance problems 존재)
Binary Exponential Backoff(이진 지수 후퇴)
충돌이 계속해서 발생하면 스테이션이 전송 반복
처음 10번 재전송 시도에서는 임의 지연 평균값을 두 배 씩 늘림
다음 6번 시도에서는 평균값 유지
16번 시도 실패 시, 전송 포기 후 오류 보고
(혼잡해 질수록 스테이션이 충돌 확률을 줄이기 위해 후퇴시간을 늘림)
높은 부하에서도 안정적임
부작용: last-in first-out(후입 선출), 충돌을 덜 겪은 스테이션이 오래 기다린 스테이션보다 먼저 채널을 획득
Collision Detection
1.
BaseBand Bus
•
충돌: 하나의 송신기가 일으키는 것보다 더 높은 전압 변화
•
최대치 초과하는 신호 감지되면 충돌 인식
•
동축케이블 500m / 200m로 제한
2.
Twisted Pair / Star Topology
•
허브: 하나 이상의 입력에 신호가 들어오면 충돌로 감지(충돌 발생 신호)
•
입력 선들에서 활동이 감지되는 동안 충돌 발생 신호를 생성하여 전송
•
노드들은 충돌이 발생한 것으로 해석
MAC 프레임
IEEE 802.3 10Mbps 명세서(이더넷)
IEEE 802.3 100Mbps 명세서(빠른이더넷)
기가비트 이더넷
1초에 1Gbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있는 이더넷 표준 기술
100Base-X
호환성이 좋음(기존 이더넷과 호환)
CSMA/CD 프로토콜(MAC 프로토콜)
Star 네트워크 토폴로지 사용
10Gbps Ethernet
•
High-speed backbone use
•
Future wider deployment
•
Alternative to ATM, WAN Techs
•
Uniform Tech for LAN, MAN, WAN
•
네트워크 연결 개수 증가
•
각 종단 스테이션 연결 속드 증가
•
고화질 비디오와 같은 높은 대역폭 응용 사용의 증가
•
웹 호스팅과 응용 호스팅 트래픽의 증가
Benefit
•
비싸지 않고, 이더넷 패킷과 ATM cell 간의 대역폭을 소비하는 변환 필요(네트워크는 이더넷, e2e)
•
트래픽 감찰 제공함. 트래픽 공학 기술 사용 가능
•
LAN, MAN, WAN 응용을 위한 광 인터페이스 표준이 마련되어 있음.
100-Gbps 이더넷
•
preferred tech for wired LAN
•
preferred carrier for bridging wireless techs into local Ethernet nw
•
cost-effective, reliable and interoperable
•
popularity
◦
availability of cost-effective products
◦
reliable and interoperable nw products
◦
variety of vendors