[정보통신공학] Week 13-14. Ethernet

9. Wide Area Networks (WAN)

10-11. Cellular Wireless Networks

12-13. Local Area Networks (LAN)

13-14. Ethernet

14. Wireless LANS (Wifi 등)

 

이중 Ethernet부터 타이핑으로 정리한다.

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Ethernet Links by Speed

Ethernet은 유선 연결이다.

다양한 capacity - High Throughput 내는 것들이 많이 사용된다.

 

Traditional Ethernet

* 가장 이른 방식은 ALOHA - station은 아무떄나 프레임을 보낼 수 있었다. 동시에 보내면 충돌 발생. 재전송 전에 랜덤한 시간만큼 기다린다.

* slotted ALOHA: time slot이 있는 ALOHA. 유용성 증가

 

CSMA/CD

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

* stations들은 다른 전송이 진행중인 것이 있는지 듣는다. 아무도 없으면 전송하고, ACK를 기다린다. ACK가 오지 않으면 재전송한다. ALOHA보다 유용함.

 

CSMA Persistence and Backoff

Nonpersistent CSMA: 매체가 idle하면 보내고 매체가 busy하면 확률분포따라 일정시간만큼 기다린후 전송한다.

- 단점: 매체가 idle하게 되었는데도 계속 쉬는, 아무것도 안하는 시간이 길다.

1-persistent CSMA: 매체가 idle 하면 전송하고, 매체가 busy하면 idle 할때까지 listen하다가 즉시 전송한다. (확률 1로 무조건 보냄, station들이 selfish함)

- 문제점: 2개 이상의 station이 기다리는 중이라면 무조건 충돌한다.

p-persistent CSMA: medium이 idle하면 p의 확률로 보내고 1-p의 확률로 쉰다. medium이 busy하면, idle해질때까지 기다려서 이를 반복한다. 만약 전송이 one time unit 딜레이 되었다면, 이를 반복한다.

 

대기 타임슬롯 0개: p, 1개: (1-p)p, 2개: (1-p)^2*p, ...->  기다리는 타임슬롯의 기댓값은 n * (1-p)^n * p

한번에 보내지는 확률 np -> np > 1 되면 충돌이 일어날 수밖에 없음. np < 1로 해야함. 

- heavy load면 p가 작아야 함, 근데 p 작으면 오래 기다려야 함. 중간을 찾아야...

 

CSMA/CD

1. idle-> 전송.

2. busy 듣다가, idle 하면 보냄

3. 충돌 -> 누군가가 jamming signal을 모든 station에게 보내어 stop하게 함

4. 랜덤으로 쉰 후 backoff

 

Which Persistence Algorithm?

- IEEE 802.3은 1-persistent를 사용한다. (충돌 좀 있어도 ㄱㅊ)

 

Binary Exponential Backoff

- IEEE 802.3과 Ethernet이 쓴다.

- 충돌 생기면 랜덤 시간 뽑는 시간의 구간을 2배로 한다. (늘리는 횟수: 최대 6번)

- 근데 16번 시도 실패하면 give up하고 error를 리포트한다

- 1-persistent algorihm은 이를 같이 쓴다.

- backoff 알고리즘은 last-in, first-out 될 수도 한다.

 

어떻게 Collision Detection?

On baseband bus

- votage가 single station signal보다 클 때

- 근데 거리에 따라 감쇄하므로 못 확인할수도 있다

- 거리 제한이 있다 (10BASE5, 10BASE2)

On twisted pair (star-topology)

- 여러 port에서 activity 있으면 충돌이다

- special collision presence signal을 사용해 알려준다

 

IEEE 802.3 MAC Frame Format

[ preamble, start of frame delimiter, "destination address 48bit, source address 48bit, length/type, mac client data, pad, frame check sequence(crc)", extension ]

LSB부터 전송한다. " "한 부분이 frame이고 [ ]가 packet.

 

maximum segment length, network span

 

100BASE-X

unidirectional data rate 100Mbps. single twisted pair나 optical fiber

100BASE-T4

100-Mbps over lower-quality Cat 3 UTP

Can not get 100 Mbps on single twisted pair (어렵다)

 

Full Duplex Operation (스위치 기반)

전이중. 보내고 받고가 동시에 된다.

Ethernet은 half duplex였음. full duplex로 100Mbps가 된다면 - 동시에 주고받 - 이론적으로 2배의 효과

스테이션들에 full-duplex adapter cards 필요함.

switching hub를 써야 함 (각 스테이션은 개별 collision domain을 구성함. CSMA/CD 쓸 필요 없음).

802.3 MAC frame format 사용됨.

(Chat GPT) 이더넷과 CSMA/CD

• 전통적인 이더넷: 초기 이더넷(10BASE5, 10BASE2 등)과 공유 매체를 사용하는 허브 기반 네트워크에서는 CSMA/CD가 필수적이었습니다. 이러한 환경에서는 네트워크의 모든 장치가 동일한 매체를 공유했기 때문에 충돌이 빈번하게 발생할 수 있었습니다.
• 스위치 기반 이더넷: 현대의 이더넷 네트워크는 대부분 스위치를 사용합니다. 스위치는 각 장치에 전용 통신 경로를 제공하여 충돌 가능성을 제거합니다. 따라서, 스위치 기반 이더넷에서는 CSMA/CD가 사실상 필요하지 않게 되었습니다.

Mixed Configurations 빠른 이더넷은 기존 10Mbps LAN들과 새것인 100Mbps LAN들의 혼합을 지원한다.

• Stations는 10Mbps 허브에 10BASE-T로 연결
• Hubs는 100BASE-T로 연결
• High capacity worksations와 servers는 10/100 스위치들에 바로 연결
• 100Mbps에 붙는 스위치들은 100Mbps links를 써야 함
• 100Mbps hubs로 네트워크 중추를 형성 -> 10Gbps로
• 라우터에 연결 (WAN으로 나감)

Gigabit Ethernet - 빠름. 서버연결에 사용. 1000BASE-LX, 1000BASE-SX: fiber들 많이쓰고 멀리갈수 있음

10Gbps Ethernet - 더빠름. Maximum distance, fiber따라 거리 다름

100Gbps Ethernet - 가장 빠름. 선호됨.

이게 LAN, 이더넷.

Multilane Distribution: logical하게 virtual lane

- 어느쪽 lane에서 데이터가 올라온다고 지원하는 것

- 논리적으로 구분을 하고 싶을때 씀

40Gbps, 100Gbps

VLAN 프레임: Length/Tupe에 802.1Q tag 담. Tag Control Information에 (user priority, CFI, VLAN identifier(12bits))

VLAN configuration: PORT 별로 dynamic membership.

 

Traditional Ethernet

- IEEE 802.3 medium access control - CSMA 하는게 중요했음.

- IEEE 802.3 10Mbps specifications - 1-persistent binary exponential backoff

- IEEE 802.1q VLAN standard 지원함

- 다양한 이더넷 스펙 존재 (!00Gbps까지도)