Traditional Ethernet
ALOHA 프로토콜
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패킷 무선망(packet radio)용
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스테이션이 전송할 데이터가 있으면 즉시 프레임 발송
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충돌 감지/재전송
: 동시에 여러 개가 전송되어 충돌 발생 시,
각 송신자는 랜덤 백오프(random backoff) 시간 후 재전송
Slotted ALOHA
- 개선 : 시간축을 동일 길이 슬롯으로 나눔
CSMA/CD Precursors
CSMA/CD의 선행 기법
- 전송 전에 다른 전송이 진행 중인지 확인
- idle이면 즉시 프레임 전송
- 전송 후 ACK를 기다림
- 일정 시간 내 응답이 없으면 충돌 혹은 손실로 간주
Nonpersistent CSMA
- 전송을 시도하기 전에 매체(케이블)가 idle 상태인지 확인
- 매체가 바쁘지 않으면 바로 프레임 전송
- 만약 매체가 바쁘면(busy), random한 짧은 시간 동안 기다린 뒤
1단계(매체 감지)로 돌아가 재시도
매체가 idle 상태인 동안에도,
대기 중인 스테이션들이 바로 전송하지 않고 랜덤 대기 → 사용 가능한 시간 낭비
1-Persistent CSMA
- 전송 전 케이블이 idle 상태인지 확인
- 매체에 신호가 감지되지 않으면 바로 프레임 전송
- 매체가 바쁘면(busy), 계속 듣다가
매체가 유휴 상태로 돌아오는 순간 바로 전송 (probability = 1)
둘 이상의 스테이션이 대기 중이면 idle 감지 즉시 동시에 달려들어 충돌 발생
P-Persistent CSMA
매체가 idle 상태일 때 1-Persistent CSMA의 즉시 전송 대신 확률 p를 도입
- p를 낮추면 동시에 달려드는 스테이션 수가 줄어들어 충돌 감소
- p를 높이면 매체 idle 시간 감소
Value of p ?
n개의 스테이션이 전송 대기 중
np > 1 이면 평균적으로 2개 이상의 스테이션 충돌
→ 재시도 반복 시 충돌 폭증
np < 1 이어야 충돌 폭증을 막을 수 있음
Description of CSMA/CD
CSMA/CD 동작 단계
- 채널 감시 (Carrier Sense)
- 전송 전, 매체가 idle 상태인지 확인
- idle 이면 즉시 전송 시도, 바쁘면 계속 듣기
- 전송 및 충돌 감지
- 전송 중에도 ack 신호를 모니터링하여 충돌이 발생했는지 탐지
- 충돌 감지 시 즉시 전송 중지
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재전송 알림 (Jamming Signal)
충돌 사실을 모든 스테이션에 알리기 위해 jamming 신호를 짧게 보냄
네트워크 전체가 충돌 발생을 인지하도록 함 -
백오프 후 재시도 (Backoff & Retry)
- random 기간(백오프)을 기다린 뒤, 다시 1단계부터 반복
Which Persistence Algorithm?
IEEE 802.3 (Ethernet)
: 1-Persistent CSMA 사용
Binary Exponential Backoff
충돌 후 재시도 방식
- 처음 충돌이 발생하면, 전송 대기시간을 랜덤으로 [a,b]에서 뽑아 대기
- 최대 10번째 충돌까지 매번 난수 구간이 두 배씩 커짐
[a, 2b], [a, 4b]... - 11~16차 시도는 동일한 난수 구간 유지
- 17번째(총 16회) 재시도 실패 시 전송 포기 → 상위 계층에 에러 보고
광범위 부하에서도 효율적
: 부하가 높아져도 난수 구간이 커져 동시 재전송 확률 감소
LIFO(Last-In-First-Out) 효과
: 최근에 충돌 난 프레임이 백오프 큐의 앞쪽으로 배치되어 우선 전송
Collision Detection
베이스밴드 버스에서의 충돌 감지
각 스테이션이 전송할 때 케이블에 일정 전압(ex. 5V)을 인가
두 스테이션이 동시에 전송하면 전압이 더 높아져(ex. 10V) 감지 가능
충돌 감지 방법
- 전송 중인 스테이션이 케이블 전압을 모니터링
- 예상치(단독 전송 전압)보다 높으면 “충돌 발생”으로 판단
물리적 제약
- 신호가 길어질수록 감쇠 → 감지가 어려움
twisted pair·스타 토폴로지(허브 사용)에서의 충돌 감지
- 허브는 여러 포트에서 동시에 신호가 들어오면 충돌로 인식
- 충돌이 감지되면 모든 포트에 신호를 뿌려 다른 스테이션도
충돌 사실을 알게 함
IEEE 802.3 MAC Frame Format
비트 전송 : 각 옥텟 안에서는
LSB(Least Significant Bit)부터 MSB 순으로 on-the-wire 전송
Full Duplex Operation
Full-Duplex 이더넷
Half-Duplex vs. Full-Duplex
- 전통적 이더넷은 half-duplex (한쪽 방향씩만 송수신)
- full-duplex 모드에서는 동시 송수신 가능
속도 향상
- 100 Mbps 링크를 full-duplex로 구성하면
→ 송신 100 Mbps + 수신 100 Mbps = 이론상 200 Mbps 대역폭 확보
장점
- 각 포트(혹은 장치)는 독립된 충돌 도메인
- 더 이상 CSMA/CD(경쟁식 충돌 탐지) 불필요
Mixed Configuration
기존 10 Mbps LAN과 새로운 100 Mbps LAN을 함께 운용
접속 방식
- 구형 장치: 10BASE-T 허브에 연결 (10 Mbps)
- 허브 상호 연결: 10 Mbps 허브 → 100BASE-T 스위칭 허브
- 고성능 장비(워크스테이션·서버): 10/100 Mbps 스위치에 직접 연결
외부망 연결: 스위치 → 라우터 → WAN
10 Mbps 구형 장치와 100 Mbps 신형 장치가 공존하면서 성능 저하 최소화
Gigabit Ethernet - Differences
Gigabit Ethernet의 주요 차이점
Carrier Extension (반송파 연장)
- 최소 전송 시간 보장을 위해 프레임 전송을 4096 bit-time까지 연장
(10/100Mbps Ethernet은 512 bit-time)
Frame Bursting
- 여러 개의 프레임을 연속으로 빠르게 전송할 수 있게 해 전체 처리 효율 향상
Gigabit Ethernet Medium Options
transmission media(ex. fiber, cable)에 따라
전송 가능한 maximum distance 달라짐
10Gbps Ethernet
고속 백본(백본 네트워크) 용도
LAN/메트로폴리탄(도시권)·WAN(광역망) 전반에 걸친 광범위한 활용
장점
- 효율적인 비용 (Cost-effective)
- 높은 신뢰성 (Reliable)
- 다양한 장비 간 상호 운용성 확보 (Interoperable)
Multilane Distribution for 100-Gbps Ethernet
Multilane Distribution (다중 레인 분산)
: 100 Gbps를 실현하기 위해
4 × 25 Gbps 또는 10 × 10 Gbps 같은 복수의 물리 링크(lanes)를 활용
