[데이터 통신] Ethernet - Local Area Networks(LANs)

복습하기 위해 학부 수업 내용을 필기한 내용입니다.
이해를 제대로 하지 못하고 정리한 경우 틀린 내용이 있을 수 있습니다.
그러한 부분에 대해서는 알려주시면 정말 감사하겠습니다.

▶Contents

• Ethernet
• Wifi, IEEE 802.11 Project
• Bluetooth

 

▶Ethernet

 

Standard Ethernet(10 Mbps)

데이터 속도가 10 Mbps인 오리지널 이더넷 기술을 표준 이더넷이라고 한다.
대부분의 구현이 이더넷 진화에서 다른 기술로 이동했지만, 표준 이더넷의 일부 기능은 진화하는 동안 바뀌지 않았다.

(속도가 증가해도 획기적인 변화가 없었다.)

 

Connectionless 및 신뢰성 서비스 (잘 받으면 ACK, ACK가 안 오면 다시 전송)

 이더넷은 connectionless 서비스를 제공한다.

                   -> 알아서 맞겠지 하고 보낸다. - 오버헤드는 없다.

                   (원래 사전 작업을 해야 한다. 협상 후 데이터를 전송해 오버헤드가 크다.) 

 즉, 프레임이 서로 독립적으로 전송된다.

 

프레임 형식

 이더넷 프레임에는 아래 그림과 같이 7개의 필드가 있다.

 

프레임 길이

 이더넷이 CSMA/CD의 올바른 작동을 위해 최대 및 최소 길이에 제한이 있다.

 이더넷 프레임의 최소 길이는 64바이트이다.

 최대 길이 제한은 1518바이트(Preamble 및 SFD 제외)이다.

 즉, 최대 페이로드는 1500바이트이다.

 

주소 지정

 이더넷 네트워크의 각 스테이션(예: PC, 워크스테이션 또는 프린터)에는 고유한 NIC(network interface card)가 있다.

 NIC는 스테이션 내부에 장착되며 스테이션에 링크 계층 주소를 제공한다.

 이더넷 주소는 6바이트(48비트)이며 일반적으로 16진수 표기법으로 작성되며 바이트 사이에 콜론이 있다.

 

Transmission of Address Bits

 주소가 온라인으로 전송되는 방식은 16진수 표기법으로 작성되는 방식과 다르다.

 전송은 바이트 단위로 왼쪽에서 오른쪽으로 진행된다.

 하지만, 각 바이트에 대해 주소 유형을 정의하는 최하위 비트가 먼저 전송된다.

 

ex.
 주소 47:20:1B:2E:08:EE가 온라인으로 전송된다. 
 주소는 바이트 단위로 왼쪽에서 오른쪽으로 전송된다. 
 각 바이트에 대해 아래와 같이 오른쪽에서 왼쪽으로 비트 단위로 전송된다.

 

Unicast, Multicast, Broadcast Address

 Broadcast address는 Multicast의 특수한 케이스이다.

 수신자는 LAN에서 모든 스테이션이다.

 Broadcast destination 주소는 48bit가 모두 1이다.

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Fast Ethernet(100 Mbps)

 1990년대에 이더넷은 전송 속도를 100 Mbps로 높여 큰 도약을 했고, 패스트 이더넷이다.

 다른 좋은 것들로 업데이트되어도 이전 것들은 버려지지 않고 호환되면서 사용한다.

 Fast Ethernet은 속도만 빨라지고 frame 구조 등 다른 것들은 터치하지 않았다.

 

액세스 방법

 ★CSMA/CD의 적절한 작동은 전송 속도, 프레임의 최소 크기 및 최대 네트워크 길이에 따라 다르다.

 프레임의 최소 크기를 유지하려면 네트워크의 최대 길이를 변경해야 합니다.

 즉, 최소 프레임 크기가 여전히 512비트이고 10배 더 빠르게 전송되면 충돌을 10배 더 빨리 감지해야 하며, 네트워크의 최대 길이가 10배 더 짧아야 한다는 것을 의미한다(전파 속도는 변하지 않는다).

 

Auto-negotiation (데이터 보내기 전의 과정)

 고속 이더넷에 추가된 새로운 기능은 auto-negotiation이다.

 두 스테이션이 전송 모드 또는 데이터 속도를 협상할 수 있다.

 

Physical Layer
 100 Mbps 데이터 속도를 처리할 수 있으려면 Physical Layer에서 몇 가지 변경이 필요하다.

 매체, 선이 바뀐 것이지, sw업그레이드가 된 것은 아니다.

 

Summary

 Physical Layer에서 고속 이더넷 구현은 2-wire 또는 4-wire로 분류될 수 있다. (중요도는 떨어진다.)

 2-wire 구현은 shielded twisted pair(STP, 100 Base-TX) 또는 fiber-optic cable(100 Base-FX) 일 수 있다.

 4-wire 구현은 Unshielded Twisted Pair(UTP, 100 Base-T4) 전용으로 설계되었다.

        아래 그램에서 이 정도가 있다 정도만 이해하면 된다고 설명하셨다.

Gigabit Ethernet(1000 Mbps)

 IEEE 위원회는 그것을 표준 802.3z라고 부른다.

 목표는 데이터 속도를 1 Gbps로 업그레이드하되 주소 길이, 프레임 형식, 최대 및 최소 프레임 길이는 동일하게 유지하는 것이다.

 

MAC 하위 계층

 이더넷의 발전 과정에서 고려해야 할 주요 사항은 MAC 하위 계층을 그대로 유지하는 것이다.

 그러나 1 Gbps의 데이터 속도를 달성하기 위해 더 이상 이 작업이 불가능했다.

 gigabit ethernet은 중간 액세스에 대해 half-duplex와 full-duplex의 두 가지 독특한 접근 방식을 가지고 있다.

 gigabit ethernet의 거의 모든 구현은 full-duplex 방식을 따르므로 대부분 half-duplex 모드를 무시한다.

 

Full-Duplex Mode

 full-duplex mode에서는 모든 컴퓨터에 연결된 중앙 스위치가 있다.

 이 모드에는 충돌이 없다.

 

Half-Duplex Mode

 이 모드에서는 스위치를 허브로 교체할 수 있다.

 

Physical Layer

 Gigabit Ethernet에서 physical layer는 다른 버전보다 더 복잡하다.

 

10-Gigabit Ethernet

 LAN과 MAN(수도권 망)으로 활용할 수 있도록 기술과 data rate, 커버리지 거리 등을 확대하겠다는 구상이다.
 IEEE 위원회는 10-gigabit ethernet을 만들었고 표준 802.3ae이다.

 

Implementation
 10-gigabit ethernet은 full-duplex 모드에서만 작동하므로 경합이 필요하지 않다.

 CSMA/CD는 10-gigabit ethernet에서 사용되지 않는다.
 가장 일반적인 4가지 구현: 10 GBase-SR, 10 GBase-LR, 10 GBase-EW 및 10 GBase-X4