Ethernet

이더넷에 대해 알아보자.

• 이더넷은 유선 LAN 기술에서 주로 사용된다.

  • 이더넷은 유선 LAN에서 가장 지배적인 기술로, 초기 설계에서 현재까지 널리 사용되고 있다.

• 단일 칩, 다양한 속도 지원

  • 하나의 칩으로 다양한 속도를 지원하며, 이는 설계와 구현을 단순화한다.

• 첫 번째로 널리 사용된 LAN 기술

  • 이더넷은 처음으로 널리 보급된 로컬 에어리어 네트워크 기술 중 하나로, 간단함과 경제성 때문에 빠르게 퍼졌다.

• 속도 범위 : 초기 10 Mbps에서 시작하여 현재는 10 Gbps 이상의 속도로 발전했다.

Ethernet: Physical Topology

이더넷의 물리적 구조에 대해 알아보자.

Bus Topology

버스 토폴로지는 한 개의 주 케이블(Coaxial Cable)에 모든 노드가 연결되어 있으며, 이 케이블을 통해 데이터가 전송된다.

모든 노드가 같은 충돌 도메인에 있어 하나의 노드가 데이터를 전송할 때 다른 노드와의 충돌이 발생할 수 있다.

Star Topology

스타 토폴로지는 중앙의 스위치 또는 허브를 통해 모든 노드가 연결된다.

허브를 사용할 경우, 허브는 단순히 연결된 장치로부터 받은 신호를 모든 포트에 브로드캐스트한다. 이 경우에도 모든 노드가 같은 충돌 도메인에 속하게 된다.

스위치를 사용할 경우, 스위치는 각 포트를 개별 충돌 도메인으로 처리하여 노드 간 충돌을 방지한다. 스위치는 데이터 패킷을 받아 목적지 MAC 주소를 기반으로 적절한 포트로 데이터를 전송한다.

이더넷 프레임 구조

이더넷 프라임은 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 기본 단위로, 다양한 필드를 포함하여 데이터의 신뢰성을 보장하고, 수신자와 발신자 간의 동기화를 돕는다.

• Preamble

  • 수신자와 발신자의 클록 속도를 동기화하는 데 사용된다.

• Destination Address

  • 프레임이 전달될 목적지의 MAC 주소를 지정한다.
  • 길이: 6바이트

• Source Address

  • 프레임을 보낸 장치의 MAC 주소를 지정한다.
  • 길이: 6바이트

• Type

  • 프레임에 포함된 데이터가 어떤 유형의 프로토콜(예: IP, ARP, Novell IPX, AppleTalk 등)을 사용하는지 나타낸다.

• Data (Payload)

  • 실제로 전송하려는 데이터를 포함한다.
  • 길이: 가변적

• CRC (Cyclic Redundancy Check, 순환 중복 검사)

  • 프레임이 전송 중에 오류 없이 도착했는지 검사한다. 오류가 발견되면 해당 프레임은 폐기된다.

프레임 처리 과정

1. 네트워크 어댑터는 수신한 프레임의 목적지 MAC 주소를 확인하여 자신의 MAC 주소 또는 브로드캐스트 주소와 일치하는지 검사한다.

2. 일치하는 경우, 데이터는 네트워크 계층으로 전달되어 상위 계층 프로토콜로 처리된다.

3. 일치하지 않으면, 어댑터는 프레임을 폐기한다.

Ethernet: Unreliable, Connectionless

이더넷은 연결이 없고, 신뢰할 수 없는 통신 방식을 사용한다.

Connectionless

• 이더넷은 송신자와 수신자 간의 사전 협의(handshaking) 없이 데이터를 전송한다.

• 이는 설치와 관리를 단순화시키지만, 네트워크 충돌을 관리하기 위한 메커니즘이 필요하다.

Unreliable

• 수신 네트워크 인터페이스 카드(NIC)는 송신 NIC에게 데이터 수신 성공 여부를 알리는 확인 응답 또는 부정 응답을 보내지 않는다.

• 데이터 프레임이 손실되면, 이는 상위 계층 프로토콜 예를 들어, TCP(Transmission Control Protocol)와 같은 신뢰할 수 있는 데이터 전송 프로토콜을 사용하여 복구할 수 있다.

• 만약 상위 계층에서 복구 메커니즘이 제공되지 않는다면, 손실된 데이터는 영구적으로 분실된다.

CSMA/CD with Binary Backoff

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)는 이더넷에서 널리 사용되는 MAC(Media Access Control) 프로토콜이다.

• 이 프로토콜은 네트워크 채널이 사용 중인지 감지한 후 데이터를 전송한다. 만약 충돌이 감지되면, 송신 장치는 임의의 시간 동안 대기 후 재전송을 시도한다(이진 후퇴).

802.3 Ethernet Standards: link & physical layers

이더넷 802.3은 네트워크의 링크 계층과 물리적 계층에 관련된 여러 표준을 포함한다.

이들 표전은 다양한 전송 속도와 물리적 매체를 지원하여 네트워크의 요구에 따라 선택할 수 있다.

• 공통된 MAC 프로토콜과 frame 포맷을 정의하고 있다.

• 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 10 Gbps, 40 Gbps 등 다양한 전송 속도에 대해 정의하고 있다.

• fiber, coax 등 물리 매체의 전송 표준에 대해서도 정의하고 있다.