Ethernet Networking

Ethernet

- 네트워크에 모든 호스트가 동일 링크 대역폭을 공유하는 것을 허용하는 경쟁 미디어 엑세스 방식

- Fast-Ethernet과 Gigabit-Ethernet 같은 신기술을 기존의 네트워크 인프라에 쉽게 접목할 수 있어 구현과 문제 해결 용이

- 데이터 링크와 물리적 레이어 규격 모두 사용

 

Collision Domain

- 이더넷 방식의 LAN에서 전송매체를 공유하고 있는 여러 단말들이 서로 경쟁하며 충돌(Collision)이 나타나면서 이 충돌한 프레임이 전파되어 영향을 받게 되는 영역

Broadcast Domain

- LAN 상에서 어떤 단말이 브로드캐스트 패킷을 송출할 때 이 패킷에 대해 네트워크에서 영향 받는 영역 또는 그 패킷을 수신할 수 있는 단말들의 집함

 

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect)

- 장비가 대역폭을 고르게 공유하도록 하며 두 장비에서 동시에 데이터를 전송하지 못하도록 함. 다른 노드에서 동시에 데이터를 전송함으로써 발생되는 충돌 문제를 극복하기 위하여 만들어짐

 

CSMA/CD 프로토콜 역할

- 호스트가 네트워크를 통하여 전송할 때 먼저 회선상에 디지털 신호가 있는가 확인

- 만일 다른 호스트에서 신호가 없으면 전송을 시작하게 되고 멈추지 않음. 이는 무한반복 전송중인 호스트는 데이터를 전송할 때마다 다른 호스트에서 전송하는 것이 없다는 것을 확인

- 만일 호스트가 회선상에서 다른 신호를 감지하면 전송금지신호(jam signal)를 보냄으로써 같은 세그먼트의 모든 노드에서 전송을 멈추게 됨. 노드는 전송금지신호를 받으면 일정 시간 대기하였다가 전송 재개. 백오프(Back off) 알고리즘은 충돌 상태에서의 재전송을 할 것인가를 결정

- 만일 15번 정도 충돌이 발생할 경우 송신하려던 노드는 타임아웃됨

 

이더넷 LAN 위에서 충돌이 발생할 때 절차

- 전송금지신호(jan signal)는 충돌이 발생했음을 모든 장비에 알림

- 충돌은 랜덤 백오프 알고리즘을 가동시킴

- 이더넷 세그먼트 상의 각 장비는 백오프 타이머가 만기될 때까지 전송을 중담

- 타이머가 만료된 후 모든 호스트는 전송할 동일한 우선권을 가짐

 

Half-Duplex Ethernet

- 802.3 표준 Ethernet에서 정의되고 회선의 양방향으로 작동하는 디지털 신호를 가진 한 쌍의 회선 사용

- CSMA/CD 프로토콜을 사용하므로써 충돌 발생시 재전송 수행

- 만일 허브가 스위치에 연결되어 있으면 단말에서 충돌을 인지해야 하기 때문에 half- duplex로 운용되어야 함

- Half-duplex Ethernet은 30~40%의 효율을 가진 100BaseT가 대표적. 그러나 100BaseT 네트워크에서는 기껏해야 30~40Mbps 정도의 효율만을 얻을 수 있음

 

Full-Duplex Ethernet

- half-duplex의 한쌍의 회선 대신 두쌍의 회선 사용

- 전송하는 전송장비와 수신하는 수신장비 간의 포인트 대 포인트 연결에 사용됨. 여러 개의 통로로 구성되기 때문에 여기에는 충돌 없음. 100%의 양방향 전송 효율을 지원

- Full-duplex 방식은 10Mbps Ethernet에서는 20Mbps를 Fast Ethernet에서는 200Mbps를 지원

- 자동감지(auto-detect) 매커니즘 : Full-duplex Ethernet 포트의 전원이 켜지면 먼저 다른 포트의 Fast Ethernet 링크와 협상. 이 메커니즘은 협상을 통해 먼저 10Mbps 또는 100Mbps로 작동할 것인지를 결정. 그리고 Full-duplex 방식으로 전송할 수 있는가를 점검하고 그렇지 않다면 half-duplex로 작동하게 됨

 

데이터링크 레이어에서 Ethernet

- Ethernet 어드레싱(하드웨어 어드레싱 또는 MAC 어드레싱) 담당

- 네트워크 레이어로부터 수신되는 패킷 프레밍을 담당

- 로컬 네트워크 상에서 Ethernet 경쟁 미디어 엑세스 방식을 통해 전송할 것을 준비

 

- Ethernet 어드레싱

· Ethernet 어드레싱에서는 모든 Ethernet NIC(Network Interface Card)에 의하여 새겨진 MAC(Media Access Control) 어드레스를 사용

· 하드웨어 어드레스(MAC 어드레스) : 서로 다른 LAN 기법이 사용되었다해도 어드레스들이 최소한 같은 포맷으로 쓰여진 것을 보장하는 canonical 포맷으로 쓰여진 48 비트 어드레스

[출저 : www.learn44.com]

 

· OUI(Organizationally Unique Identifier) : IEEE에 의해서 제조사(organization)에 부여(24 비트나 3바이트). 제조사는 다시 글로벌하게 관리되는 어드레스(24 비트나 3바이트)를 부여하는데 이는 모든 제품에 고유한 어드레스를 가질 수 있게 함

· I/G(Individual/Group) : 0값일 때 주소는 장비의 MAC 주소이고 MAC 헤더의 소스 부분. 1일 때, 주소는 이더넷에서 브로드캐스트나 멀티캐스트 주소이거나 토큰 링과 FDDI에서 브로드캐스트 되거나 functional 주소

· G/L(Global/Local) : 0값일 때, 제조업자로부터 글로벌하게 부여받은 주소. 1일 때, 네트워크 관리자로부터 내부적으로 관리되는 경우

· Vendor assigned : 24비트는 지역적으로 관리되거나 제조사가 할당한 코드

 

Ethernet 프레임

- 데이터링크 레이어는 비트를 바이트로 바이트를 프레임으로 조합

- 프레임은 네트워크 계층으로부터 전송된 패킷을 미디어 엑세스 형식으로 전송하기 위하여 캡슐화(encapsulation)하는데 사용됨

- 미디어에 연결되기 위한 세가지 방법 : 이더넷(ethernet), 토큰전송(토큰링, FDDI), 폴링

- Ethernet 스테이션의 기능

· MAC 프레임 포맷으로 알려져 있는 비트 그룹을 사용하여 상호간에 데이터 프레임을 전송하는 것

· CRC(Cyclic Redundancy Check)를 통한 에러감지를 제공. 그러나 이 에러를 정정하지는 않음

· 터널링(tunneling) : 다른 유형의 프레임 안에서 프레임을 캡슐화하는 것

 

[출처 : www.learn44.com]

 

·

· Preamble : "1,0" 의 교호적 패턴은 각각의 패킷의 시작점에서 5MHz의 클럭 제공. 이는 수신장비들로 하여금 도착하는 비트 스트림을 막도록 해줌. Preamble은 SFD 혹은 synch 필드를 사용하여 SFD 또는 synch 필드 뒤에 있는 메시지에 ㄷ이터부분이 있음을 수신스테이션에 알림

· SFD(Start Frame Delimiter)/Synch : SFDㄴㄴ 101011. 끝의 한쌍의 1은 수신측이 동기를 맞추고 데이터의 시작을 감지하게 함

· DA(Destination Address) : 먼저 LSB(Least Significant Bit)를 사용하여 48비트 값을 전송. DA는 수신스테이션에 의해 사용되며 유입되는 패킷이 어떤 노드의 어드레스인지 결정함. 수신지 어드레스는 독립된 어드세르이거나 브로드캐스트 혹은 멀티캐스트 MAC 어드레스. 브로드캐스트는 전부 "1"이거나 hex 값으로 "F"를 가지고 모든 장비로 전송됨. 반면, 멀티캐스트는 네트워크상의 일부 노드로 보내짐

· SA(Source Address) : SA는 송신하는 장비의 48비트 MAC 어드레스를 지원. 이것은 먼저 LSB(Least Significant Bit)를 사용. 브로드캐스트와 멀티캐스트 어드레스 포맷은 SA 필드 내에서는 사용할 수 없음

· 길이(Length) 혹은 유형 필드(Type field) : 802.3은 길이 필드 사용. 반면, ethernet 프레임은 네트워크 레이터 프로토콜을 정의하는 유형필드를 사용. 802.3은 상위 레이어 프로토콜을 정의하지는 못하며 특정 LAN(예, IPX)과 함께 사용되어야만 함

· DATA : 이것은 네트워크 계층에서 데이터 링크 계층으로 보내는 패킷. 크기는 46~ 1500 바이트 사용

· FCS(Frame Check Sequence) : CRC(Cyclic Redundancy Check)를 저장하기 위해 사용됨. 수신하는 호스트가 프레임을 받고 CRC를 동작시킬 때 같지 않다면 프레임을 버림

 

물리적 레이어에서 Ethernet

[출처 : www.learn44.com]

 

- Ethernet은 처음 DIX(Digital, Intel, Xerox)라 불리는 그룹에서 구현됨. 그들은 최초로 Ethernet LAN 사양을 만들었고 이것을 이용하여 IEEE는 IEEE 802.3  위원회를 만듦. 이것은 동축(coax), 트위스티드 페어, 광케이블을 이용하여 10Mbps로 동작

- IEEE의 802.3 위원회는 802.3u(Fast Ethernet)과 802.3z(Giga bit Etherent) 위원회로 확장됨. 이들은 트위스티드 페어, 광케이블 사용

- LAN을 디자인할 때 사용 가능한 Ethernet 장비의 여러 종류들을 이해하는 것이 중요

- EIA/TIA(Electronic Industries Association and the newer Tele communications Industry Association) : 각 Ethernet을 위한 물리적 레이어 규격의 근간 만듦. Ethernet UTP(Unshielded Twisted -Pair) 케이블에 45 와이어링 시퀀스를 가진 RJ(Registered Jack) 커넥터인 RJ-45를 사용하도록 규정

 

Ethernet 미디어와 커넥터 사양

· 10 Base 2 : thinnet 으로 불리는 50 옴 동축케이블 사용. 185 미터 이내에서 세그먼트당 30개의 호스트를 지원. AUI 커넥터를 이용한 물리적 및 논리적 버스에 사용

· 10 Base 5 : thinknet으로 불리는 50 옴 동축케이블 사용. 500 미터 이내에서 세그먼트당 208개의 호스트를 지원. AUI 커넥터를 이용한 물리적 및 논리적 버스에 사용. 리피터를 사용할 경우 2500 미터 이내에서 1024 호스트 지원

· 10 Base T : EIA/TIA UTP 케이블링의 카테고리 3, 4 ghrdms 5 사용. 10 미터 이내에서 세그먼트당 한 호스트를 지원. RJ-45 커넥터를 사용하여 물리적 스타 토폴로지 및 논리적 버스를 구성

· 100 Base TX(IEEE 802.3u) : EIA/TIA UTP 케이블링의 카테고리 5,6 혹은 7을 사용. 100 미터 이내에서 세그먼트당 한 호스트 지원. RJ-45 MII 커넥터를 사용하여 물리적 스타 토폴로지 및 논리적 버스를 구성

· 100 Base FX(IEEE 802.3u): 62.5 /125 마이크론 멀티모드 화이버 케이블 사용. 포인트 대 포인트 토폴로지 사용. 400 미터까지 지원. 이중 미디어 인터페이스 커넥터인 ST 또는 SC 커넥터 사용

· 1000 Base CX(IEEE 802.3z) : 동 STP(Shielded Twisted-Pari)를 사용하여 25미터까지 지원

· 1000 Base T(IEEE 802.3ab) : 카테고리 5, 4쌍의 UTP를 사용하여 100미터까지 지원

· 1000 Base SX(IEEE 802.3z) : 62.5- 50 마이크론의 MMF를 사용. 780 나노미터의 레이저를 사용하고 260 미터 지원

· 1000 Base LX(IEEE 802.3z) : 9 마이크론의 단독모드 화이버 사용. 1300 나노미터의 레이저를 사용하고 3~ 10km 지원

· 1000 Base ZX(Cisco standard) : 기가비트 이더넷 통신을 위한 a Cisco specified standard. 43.5 miles(70km)까지 지원하는 single-mode fiber-optic link 상에서 작동

· 10G Base T : 10Gbps 연결을 제공하기 위해 제안된 표준

· 10G Base Short Range(SR) : 50 나노미터의 short-wavelength laser를 사용하는 10 기가비트 이더넷

· 10G Base Long Range(LR) : 1310 나노미터의 long-wavelength laser를 사용하는 10 기가비트 이더넷

· 10G Base Extened Range(ER) : 1550 나노미터의 extra-long-wavelength laser를 사용하는 10 기가비트 이더넷

· 10G Base Short Wavelength(SW) : IEEE 802.3ae로 정의된 10G Base-SW. 10Gbps의 대여곡을 가진 850 나노미터의 laser transceiver를 가짐

· 10G Base Long Wavelength(LW) : standard single-mode fiber(SMF)(G.652) 상에서 10km의 링크 길이를 지원

· 10G Base Extra Long Wavelength(EW) : optical-wavelength 1550 나노미터를 사용하여 G.652에 기반한 40km의 링크 길이를 지원

 

Ethernet Cabling

- Straight- Through Cable : Host to switch or hub / Router to switch or hub

- Crossover Cable : Switch to switch / Hub to hub / Host to host /  Hub to switch / Router direct to host / Router to Router via Fast Ethernet ports 

- Rolled Cable : To connect a host EIA-TIA 232 interface to a router console serial communication(COM) port

 

*출처 : CCNA from 2011.

 

광고 수익은 기부 활동에 사용됩니다

정보를 얻으신 분들은 광고 클릭 부탁드려요 :)