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Chapter 3
기반 기술
(Underlying
Technology)
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1
▣ 학습목표(OBJECTIVES):
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).
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3.1 Wired Local Area Network
Chapter
Outline 3.2 Wireless LANs
3.3 Point-to-Point WANs
3.4 Switched WANs
3.5 Connecting Devices
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3-1 유선 근거리 통신망
아파트, 빌딩 또는 캠퍼스와 같은 제한된 지
역의 독립적인 장치들이 서로 통신할 수 있게
하는 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
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Topics Discussed in the Section
IEEE Standards
Frame Format
Addressing
Ethernet Evolution
Standard Ethernet
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
Ten-Gigabit Ethernet
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IEEE 표준
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▣ 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
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이더넷 프레임(Ethernet Frame)
7개의 필드로 구성
확인응답을 제공하지 않으므로 신뢰성이 없음
확인 응답은 상위계층에서 구현
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▣ 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
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프레임 최대길이와 최소 길이
프레임의 최소와 최대길이가 제한
최소값 제한: CSMA/CD의 정확한 동작을 위함
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Note
Minimum length: 64 bytes (512 bits)
Maximum length: 1518 bytes (12,144 bits)
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16진수 값으로 표현한 이더넷 주소
주소지정(Addressing)
모든지국은 내부에NIC(network interface card) 장착
6 바이트(48비트) 물리 주소 지국에 제공
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Unicast 와 Multicast addresses
유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트
발신지 주소는 항상 유니캐스트(unicast)
목적지 주소는 브로드캐스트(broadcast) 또는 멀티
캐스트(multicast)
unicast: 0
multicast: 1
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Note
The broadcast destination address is a
special case of the multicast address
in which all bits are 1s.
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Note
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.
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Example 3.1
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.
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Example 3.2
주소 47:20:1B:2E:08:EE가 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
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4세대를 거친 이더넷 발전
1976년 제록스사 Palo Alto 연구센터에서
처음 만듬
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3.1 유선 근거리 통신망(LAN)
표준 이더넷(Ethernet)
1973년 제록스사가 설계한 프로토콜
데이터 전송률: 10Mbps
접속형태 – 버스형
접근방법:CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)
IEEE 802.3 표준
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CSMA에서 충돌의 Space/time 모델
A
B starts
at time t1
B
C starts
at time t2
C
D
Area where
A’s signal exists
Area where
both signals exist
Area where
B’s signal exists
Time
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Time
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CSMA/CD에서 첫번째 비트의 충돌
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Example 3.3
표 준 이 더 넷 에 서 , 최 대 전 파 시 간 (maximum propagation
time)은 25.6 μs이다, 프레임의 최소 길이는 얼마인가?
Solution
프레임 전송 시간은 Tfr = 2 × Tp = 51.2 μs이다. 이는 최악의
경 우 , 지국 은 충 돌을 탐 지 하기 위 해 51.2 μs 주기 동 안 에
전송해야 한다는 것을 의미한다. 프레임의 최소 길이는 10 Mbps
× 51.2 μs = 512 bits 또는 64 bytes이다. 이는 실제로 표준
이더넷에서 프레임의 최소 길이이다.
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CSMA/CD 흐름도
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표준 이더넷 구현
예: 10Base-X
숫자: 데이터 전송률(Mbps)
Base: 베이스밴드(디지털)
X: 100m단위 케이블 최대 길이
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표준 이더넷 구현
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▣고속 이더넷(fast Ethernet)
데이터 전송률 : 100Mbps
표준 이더넷과 호환
같은 48비트 주소 사용
같은 프레임 형식 사용
MAC 부계층을 그대로 유지
접근방법(CSMA/CD)은 반이중은 같고, 전이중은 필요없음
전통적인 이더넷과의 호환성을 위해 CSMA/CD를 유지
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▣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
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고속 이더넷 구현
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고속 이더넷(Fast Ethernet) 구현
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▣기가 비트(Gigabit) 이더넷
표준 802.3z
데이터 전송률: 1 G(1000M)bps
표준과 고속 이더넷과 호환
MAC 부계층
MAC 부계층을 변경없이그대로 사용
1-Gbps의 속도로 전송할 때는 가능하지 않음
매체접속
CSMA/CD를 이용하는 반이중 양방향 : 오늘날 사용하지 않음
CSMA/CD가 불필요한 전이중 양방향
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기가비트 이더넷 구현
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Note
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.
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Gigabit 이더넷 구현
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10 Gagabit 이더넷구현
데이터 전송률 10Gbps까지 업그레이드
표준, 고속, 기가비트 이더넷과 호환
기존 LAN을 WLAN과 상호연결 허용
프레임 중계와 ATM 기술과 호환
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3-2 무선 LAN
무선 LAN : IEEE 802.11
구조
기본 서비스 집합(BSS : Basic Service Set)
무선 지국과 AP(Access Point)로 구성
AP가 없는 BSS : 애드혹(Ad hoc) 구조
AP가 있는 BSS : 기반구조
확장 서비스 집합 ESS(Extended Service Set)
AP를 가지고 있는 두개 이상의 BSS로 구성
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Basic service set (BSS)
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Extended service set (ESS)
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▣ 지국 유형
무전이 이동성(No-Transition Mobility)
고정이거나 한 BSS에서 이동
BSS 전이 이동성(BSS-Transition Mobility)
ESS내에서 BSS간 이동 가능
ESS 전이 이동성(ESS-Transition Mobility)
ESS간 이동 가능
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▣ CSMA/CA 흐름도
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▣ 프레임 교환 시간선(frame exchange time line)
DIFS(distribute interframe space)
SIFS(short interframe space)
RTS(request to send)
CTS(clear to send)
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CSMA/CA 와 NAV
Source
Destination
All other stations
•••
DIFS
1
RTS
SIFS
CTS
2
SIFS
NAV
(No carrier sensing)
3
Data
SIFS
ACK
Time
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4
Time
Time
Time
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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
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프레임 형식
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프레임 제어 필드
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▣ 프레임 형식
기간(D, duration)
NAV 값 설정시 사용되는 전송 기간
주소(address)
각각 6 바이트 길이의 4개 주소 필드
순서 제어(SC, sequence control)
흐름 제어에 사용되는 프레임 순서 번호
프레임 몸체(frame body)
0에서2,312 바이트 길이, FC 필드의유형과 부유형에 정의한 정보
FCS
CRC-32 오류 검출 순서 포함
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▣ 15.1 IEEE 802.11(계속)
프레임 종류
관리 프레임(Management Frame)
제어 프레임(Control Frame)
Subtype
Meaning
1011
Request to send (RTS)
1100
Clear to send (CTS)
1101
Acknowledgment (ACK)
데이터 프레임(Data Frame)
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주소 체계
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숨겨진 지국 문제(hidden station problem)
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Note
The CTS frame in CSMA/CA handshake
can prevent collision from a hidden
station.
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숨겨진 지국 문제를 예방하기 위한 핸드쉐이킹
B
A
C
RTS
CTS
Time
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CTS
Time
Time
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노출된 지국 문제(Exposed station problem)
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노출된 지국 문제에서 핸드쉐이킹 사용
RTS
RTS
CTS
Data
RTS
RTS
Data
CTS
Collision
here
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▣ 블루투스(Bluetooth)
서로 다른 기능을 가진 장치(전화기, 노트북,
카메라, 프린터 등)를 연결하기 위해 설계된
무선 LAN 기술
IEEE 802.15 표준안
무선의 개인 영역 네트워크(PAN, personal-area
network)로 정의
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피코넷(Piconet)
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스케터넷(Scatternet)
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블루투스 장치
내부에 단거리 무선 전송기 장착
2.4GHz 대역에서 1Mbps
IEEE 802.11b 무선 LAN과 간섭 가능성
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프레임 형식 유형(Frame format types)
72 bits
54 bits
Access code
Header
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0 to N bits
Data
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▣ 프레임 형식
접근 코드(access code)
피코넷의 프레임간의 구별
헤더
주소 : 7개까지 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
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3-3 POINT-TO-POINT WANS
점-대-점- 광역통신망
65K Modems
DSL Technology
Cable Modem
T Lines
SONET
PPP
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56K modem
업로딩: 33.6Kbps
Uploading,
quantization noise
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다운로딩: 56Kbps
Downloading,
no quantization noise
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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
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Note
ADSL is an asymmetric communication
technology designed for residential
users; it is not suitable for businesses.
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ADSL 대역폭 분할(Bandwidth division)
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ADSL 과 DSLAM
DSAM: Digital Subscriber Line Access
Multiplexer
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3.3 점-대-점 WAN
케이블 모뎀
케이블 TV 네트워크 이용
전통적인 케이블 네트워크 : 단방향
HFC(Hybridfiber-coaxial)네트워크:광섬유와동축혼합사용
대역폭(bandwidth) : 5~750MHz
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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
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케이블 모뎀 구성(Cable modem configuration)
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T 회선
다중화 음성 채널을 위해 설계된 표준 디지
털 전화 설비
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SONET
Synchronous Optical Network
광섬유 케이블 이용 고속 데이터 전송 규정
STS: Synchronous Transport Signal
OC: Optical Carrier
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PPP
Point-to-Point Protocol
물리층 : ANSI에서 공인된 모든 종류의 프로토콜
지원
LCP(Link Control Protocol)
NCP(Network Control Protocol)
PPPoE(PPP over Ethernet)
PPP 프레임
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3-4 SWITCHED WANS
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
X.25
Frame Relay
ATM
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3.4 교환형 WAN
X.25
1970년대 소개
최초의 교환 WAN
전송 매체의 신뢰성이 낮음
데이터 링크와 네트워크 층에서 흐름제어와 오류제어
수행
IP와 X.25 간 충돌
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3.4 교환 WAN
프레임 중계
X.25를 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)
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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
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Note
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.
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ATM 다중화
A3 A2
B2
B1
C3
C2
A1
C3 B2 A3 C2 B1 A2 C1 A1
C1
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ATM 네트워크 구조
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가상회선(Virtual circuit)
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Note
A virtual connection is defined by a pair
of numbers: the VPI and the VCI.
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ATM 계층구조
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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
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계층의 이용
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83
Note
The IP protocol uses the AAL5 sublayer.
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AAL5
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85
ATM 계층
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ATM 셀(cell)
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87
3-5 CONNECTING DEVICES
LAN 또는 WAN을 연결하기 위해 연결장치 사용
연결장치는 여러 계층에서 동작
repeaters (또는 hubs)
bridges (또는 two-layer switches)
routers (또는 three-layer switches).
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연결 장치(Connecting devices)
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리피터 (Repeater) 또는 허브(hub)
Sent
Maintained
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90
Note
A repeater forwards every bit; it has no
filtering capability.
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Note
A bridge has a table used in filtering
decisions.
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Note
A bridge does not change the physical
(MAC) addresses in a frame.
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브리지(Bridge)
Bridge table
Address
Port
1
71:2B:13:45:61:41
2
71:2B:13:45:61:42
3
64:2B:13:45:61:12
4
64:2B:13:45:61:13
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94
학습 브리지(Learning bridge)
Address
Port
a. Original
Address
71:2B:13:45:61:41
64:2B:13:45:61:13
Port
1
4
c. After D sends a frame to B
M
Http://netwk.hannam.ac.kr
Address
Port
71:2B:13:45:61:41
1
64:2B:13:45:61:13
4
71:2B:13:45:61:42
2
d. After B sends a frame to A
M
M
Address
Port
71:2B:13:45:61:41
1
64:2B:13:45:61:13
4
71:2B:13:45:61:42
2
64:2B:13:45:61:12
3
e. After C sends a frame to D
M
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95
Note
A router is a three-layer (physical, data
link, and network) device.
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96
Note
A repeater or a bridge connects
segments of a LAN.
A router connects independent LANs or
WANs to create an internetwork
(internet).
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라우팅 예(Routing example)
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98
Note
A router changes the physical
addresses in a packet.
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99
알림
연습문제 풀이해서
Report로 다음주까지(일주일 후)
제출해 주세요!
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