Transcript 고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)

컴퓨터네트워크
- 근거리통신망 : 이더넷(Ethernet) -
충북대학교 컴퓨터교육과
박 찬 교수
2012년 5월 22일
14 장 근거리통신망 : 이더넷(Ethernet)
• 14.1 전통적 이더넷
• 14.2 고속 이더넷
• 14.3 기가비트 이더넷
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근거리통신망 : 이더넷(Ethernet)(계속)
• 이더넷의 세 가지 세대
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14.1 전통적 이더넷
• 전통적 이더넷
– 10Mbps로 동작
– CSMA/CD 방식으로 매체에 접속
– 매체는 모든 지국들 사이에서 서로 공유
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임의접속(Random Access)(계속)
• 충돌 검출 반송파 감지 다중접송(CSMA/CD; Carrier
sense multiple access with collision detection)
–
–
–
–
충돌을 처리하는 절차를 더함
충돌 발생시 재전송을 요구
두번 째 충돌을 줄이기 위해 대기
지속적인 백오프 방법에서 대기 시간
• 0과 2N×최대전송시간 사이만큼 대기(N: 전송 시도 회수)
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전통적 이더넷(계속)
• MAC 부계층
– 접속 방식의 동작을 관장
– 상위 계층으로 부터 수신한 데이터를 프레임으로 만들고 부호화
를 위한 PLS(Physical Layer Signaling) 부계층으로 전달
• 접속방법 : CSMA/CD
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전통적 이더넷(계속)
• 프레임
– 7개의 필드로 구성
– 확인응답을 제공하지 않으므로 신뢰성이 없음
– 확인응답은 상위계층에서 구현
• 802.3 MAC 프레임
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전통적 이더넷(계속)
• 프레임 형식
–
–
–
–
–
–
–
프리엠블(Preamble) - alert, timing, start synchronization
시작 프레임 지시기(SFD;Start frame delimiter) - 프레임 시작
목적지 주소(DA; Destination address) - 목적지 주소
발신지 주소(SA; Source address) - 발신지 주소
PDU 길이/유형
데이터
CRC - 오류 발견정보, CRC-32
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전통적 이더넷(계속)
• 프레임 길이
– 프레임의 최소와 최대 길이가 제한
– 최소 값 제한 : CSMA/CD의 정확한 동작을 위함
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전통적 이더넷(계속)
• 주소지정(Addressing)
– 이더넷 네트워크에 있는 NIC(network interface card)는 6바이트
의 물리적 주소를 지국에게 제공
• 16진법 표기법에 의한 이더넷 주소
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전통적 이더넷(계속)
• 유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트
– 발신지 주소는 항상 유니캐스트(unicast)
– 목적지 주소는 멀티캐스트(multicast), 브로드캐스트(broadcast)
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전통적 이더넷(계속)
• 물리층
– 10Mbps 이더넷의 물리층
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전통적 이더넷(계속)
• PLS(Physical Layer Signaling)
– PLS 부계층은 데이터 부호화와 복호화
– 맨체스터 부호화 방법을 사용
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전통적 이더넷(계속)
• 접속 단위 인터페이스(AUI;Attachment Unit Interface)
– PLS와 MAU 사이의 인터페이스를 정의
– PLS와 MAU 사이의 매체 독립적 인터페이스를 위해 개발
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전통적 이더넷(계속)
• 매체 접속 장치(MAU, 송수신기(Transceiver))
– 매체 접속 장치(medium attachment unit) 또는 송수신기는 매체
종속적
– 10Mbps 이더넷에서 사용되는 각 종류의 매체마다 별도의 MAU
가 있음
– 송수신기는 매체를 통해 신호를 전송하고 매체를 통해 신호를
수신하고 충돌을 감지
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전통적 이더넷(계속)
• 매체 종속 인터페이스(MDI; medium dependent
interface)
– 내부 또는 외부의 송수신기를 매체에 연결하기 위해 필요
– MDI는 단지 매체와 송수신기를 연결해주는 하드웨어
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전통적 이더넷(계속)
• 물리층 구현
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전통적 이더넷(계속)
• 10Base5 : 굵은 이더넷
– 버스 토폴리지 사용
– 외부 송수신기는 탭을 통해 굵은 동축 케이블에 연결
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전통적 이더넷(계속)
• 10Base2 : 얇은 이더넷
– 내부 송수신기나 외부 송수신기를 거쳐 점 대 점 연결을 가지는
버스 토폴리지 사용
– 내부 수신기를 사용하면 AUI 케이블이 필요 없음
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전통적 이더넷(계속)
• 10Base-T : 꼬임 쌍선 이더넷(Twisted Pair Ethernet)
– 물리적인 스타 토폴로지 사용
– 지국들은 허브(hub)에 연결되어 있음
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전통적 이더넷(계속)
• 10Base-FL : 광섬유 링크 이더넷
– 허브(hub)에 연결된 스트 토폴로지 사용
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전통적 이더넷(계속)
• 브리지형 이더넷
– 이더넷 발전의 첫 번째 단계
– 브리지들은 대역폭의 증가와 충돌 영역의 분리
• 대역폭의 증가
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전통적 이더넷(계속)
• 대역폭의 증가
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전통적 이더넷(계속)
• 충돌 영역의 분리
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전통적 이더넷(계속)
• 교환형 이더넷
– 브리지형 LAN 개념의 확장
– 2-계층 스위치
• 패킷을 좀 더 빠르게 다룰 수 있는 N-포트 브리지
• 스위치형 이더넷
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전통적 이더넷(계속)
• 전이중 양방향 이더넷
– 스위치형 이더넷의 발전
– 전이중 양방향 스위치형 이더넷(full-duplex switched Ethernet)
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전통적 이더넷(계속)
• CSMA/CD의 불필요
– CSMA/CD 방법의 불필요
– 각 지국이 두 개의 분리된 링크를 통해 스위치에 연결
• MAC
– MAC 부계층과 LLC 부계층 사이에 MAC 제어(MAC control) 추
가
• 오류제어와 흐름제어 제공
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14.2 고속 이더넷(fast Ethernet)
• 고속 이더넷
– 100Mbps의 데이터율
• MAC 부계층
– MAC 부계층을 그대로 유지
– 전통적인 이더넷과의 호환성을 위해 CSMA/CD를 유지
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 자동 협상(autonegotiation)
– 고속 이더넷에 추가
– 허브에게 단일 능력이 아닌 범위 능력을 허용
– 목적
• 비호환 지국들을 서로 연결
– (100Mbps 와 10Mbps 와의 통신 가능)
• 하나의 장치가 다중 능력을 갖는 것을 허용
• 지국이 허브의 능력을 검사할 수 있도록 함
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 물리층
– RS(Reconciliation), MII(Medium-Independent Interface),
PHY(Physical Layer Entity), MDI(Medium-Dependent Interface)
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• RS(Reconciliation)
– 조정 부계층(Reconciliation sublayer) 10Mpbs의 PLS 부계층을
대신
– PLS가 수행한 부호화와 복호화는 PHY 부계층으로 이동
– 4비트 형식(nibble)의 데이터를 MII에 전달하는 책임
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• MII(Medium-independent interface)
– AUI는 매체 독립 인터페이스(Medium-independent interface)로
대체
– 10Mbps에서 100Mbps 데이터율과 같이 사용할 수 있는 인터페
이스로 개량
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• MII의 특징
– 10Mbps와 100Mbps 양쪽 모두에서 동작
– PHY 부계층과 조정 부계층 사이에 4비트를 보내는 병령 데이터
경로를 특징
– 관리 기능이 추가
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• PHY(송수신기)
– 고속 이더넷의 송수신기는 PHY계층
– 부호화와 복호화
• MDI
– 매체에 내부 또는 외부 송수신기를 연결하기 위하여 매체 종속
인터페이스(MDI)가 필요
– MDI는 단지 특정 구현에 대한 하드웨어 부품
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 물리층 구현
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 100Base-TX
– 물리층 스타 토폴로지
– 두 쌍의 꼬임쌍선 케이블(카테고리 5UTP나 STP) 사용
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 송수신기
– 데이터의 송신과 수신
– 충돌 감지
– 부호화/복호화
• 부호화와 복호화
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 100Base-FX
– 물리적 스타 토폴로지
– 두 쌍의 광섬유 케이블 사용
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 송수신기
– 송신과 수신
– 충돌 감지
– 부호화/복호화
• 부호화와 복호화
– 4B/5B 사용
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 100Base-T4
– 카테고리 5UDP나 STP 케이블 사용
– 음성급 꼬임쌍선(카테고리 3)을 설치한 빌딩에서는 비용명에서
비효율적
– 4쌍의 UTP를 사용
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 송수신기(Transceiver)
– 100Base-T4의 송수신기의 기능과 비슷
• 부호화와 복호화
– 8B/6T 사용
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고속 이더넷(fast Ethernet)(계속)
• 4선을 사용한 전송
– 두 쌍은 단방향 전송을 위해 사용
– 나머지 두 쌍은 양방향 전송을 위해 사용
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14.3 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)
• 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)
– 1000Mbps
• MAC 부계층
– MAC 부계층을 그대로 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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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 물리층
– 조정 부계층
– GMII
– PHY
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 조정 부계층(RS)
– GMII 인터페이스를 통해 8비트의 병렬 데이터를 PHY 부계층에
게 전송
• GMII(gigabit medium-independent interface)
– 조정 부계층이 PHY 부계층(송수신기)에 연결되는지를 정의
– 물리적인 구성요소가 아닌 논리적인 인터페이스
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• GMII 특성
–
–
–
–
–
1,000Mbps에서 동작
RS 부계층과 송수신기 사이에 병렬 데이터 경로를 정의
관리기능리 추가됨
GMII 케이블이 없음
GMII 접속기가 없음
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• PHY(송수신기)
– 부호화/복호화
– 연결을 제공하는 외부 GMII가 없기 때문에 오직 내부에만 존재
• MDI
– 송수신기를 매체에 연결
– RJ-45와 광섬유 접속기만이 정의 되어 있음
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 물리층 구현
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 1000Base-X
– 1000Base-SX와 1000Base-LX는 두 개의 광섬유 케이블을 사용
– 1000Base-SX는 단파장 레이저를 사용
– 1000Base-LX는 장파장 레이저를 사용
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 송수신기
–
–
–
–
–
송수신기는 내부에 존재
부호화/복호화
전송/수신
충돌 감지(필요하다면)
1000Base-LX는 장파장 레이저를 사용
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 부호화
– 8B/10B 사용
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 1000Base-T
– 카테고리 5의 UTP사용
– 1Gbps의 전송률
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가비트 이더넷(Gigabit Ethernet)(계속)
• 송수신기
– 4D-PAM5(4차원, 5레벨 펄스 진폭변조) 사용
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4B/5B 인코딩
Data
Code
Data
Code
0000
11110
1000
10010
0001
01001
1001
10011
Data
Code
Q (Quiet)
00000
I (Idle)
11111
H (Halt)
00100
11000
10001
0010
10100
1010
10110
0011
10101
1011
10111
0100
01010
1100
11010
0101
01011
1101
11011
J (start
delimiter)
K (start
delimiter)
T (end
delimiter)
0110
01110
1110
11100
S (Set)
11001
0111
01111
1111
11101
R (Reset)
00111
01101
4B/5B 인코딩
– 블록 단위로 정보 데이터가 채널 부호화기에 입력되고 블록 단
위로 부호어가 출력되어 전송되는 방식이다
– 즉 정보 비트열은 k 비트씩 그룹화되어 k 비트의 메시지어 단위
로 n 비트의 부호어가 생성되어 전송된다.
– 현재의 k 비트 메시지어는 과거의 k 비트 메시지어와 관계 없이
독립적으로 출력을 만들어낸다.
– 블록 코딩의 경우 우수한 비트오율 성능개선 효과를 얻을수 있
다.