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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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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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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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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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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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97
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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