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Chapter13LAN Technology

LAN ArchitectureLAN TopologyIEEE 802 StandardsMAC ProtocolALOHAEthernetToken Passing Protocol

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LAN Architecture

LAN 의 필요성 좁은 지역의 많은 통신 장비들을 연결해야 함 새로운 기기의 잦은 접속 및 기기의 이동 많은 통신장치를 간단한 형태로 접속 가능

LAN 의 특성 10km 정도의 제한된 지역에 한정 Multi-Access Media 를 기반으로 함 접속되는 장치들의 구성을 손쉽게 재구성 가능 통신 장치의 추가 및 삭제가 용이 다른 LAN 및 WAN 과 간단하게 연결 LAN 의 자원 및 정보를 효율적으로 공유

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LAN Architecture

LAN 의 Issue Broadcast Network

통신접속 방식으로 Multi-Access Media 기반 전송 매체의 사용권 결정이 중요

누가 사용하게 할 것인지 사용권의 결정은 어떻게 할 것인지

LAN 의 주요 작업 Logical Link Control

사용자 간의 신뢰성 있는 통신 Medium Access Control

전송 매체의 사용권 제어 MAC 은 네트워크 따라 결정

효율적인 MAC 제어 방식이 LAN 의 성능을 결정

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LAN Architecture

Network 의 종류 LAN: Local Area Network MAN: Metropolitan Area Network WAN: Wide Area Network

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LAN Architecture

LAN(Local Area Network) 의 정의 통신망의 크기는 수 Km 이내 일 것 ( 예 :

Building/Campus 등에 사용되는 통신망 ) 통신망의 속도는 수 Mbps 이상일 것 한 기관의 소유일 것 예 : Ethernet, Token-Ring Topology, Media, MAC(Medium Access

Control) Protocol 에 따라 특징 지워짐

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LAN Architecture

MAN(Metropolitan Area Network) 의 정의 도시지역을 Cover 하는 통신망

cf) WAN(Wide Area Network): 전국 혹은 세계를 Cover 하는 통신망

수 백 Mbps 이상일 것 예 : FDDI, DQDB 등

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LAN Architecture

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LAN Architecture전송 매체

Twisted Pair Cable 2 개의 동선을 서로 꼬아 전기적 간섭효과를 최소화한 케이블 UTP(Unsheld Twisted Pair : 10Base-T) STP(Sheld Twisted Pair)

Coaxial Cable Twisted Pair Cable 보다 높은 주파수 신호를 전달할 수 있고 ,

전송거리가 길다 . 10Base2(Thin cable) 10Base5(Thick cable)

Optical Cable 광대역에 있어 가장 유망한 전송매체 10Base-F

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LAN Architecture

네트워크 장비 Repeater [1Layer]

각 중계기에서 전송 신호의 재생하며 동일의 LAN 에서 거리의 연장이나 접속 시스템 수를 증가시키기 위한 장비

Bridge [2Layer] 2 개의 segment 를 결합해서 하나의 네트워크인 것처럼

보이게 하는 장비 Repeater 의 기능과 Packet Filtering 기능

Router [3Layer] 이 기종 LAN 의 접속 , WAN 의 접속 , 경로의 이중화 ,

효율적인 경로를 선택하는 라우팅 기능 , 패킷 폐기 기능

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LAN Architecture

Gateway [3Layer 이상 ] 다른 프로토콜의 네트워크 시스템을 상호

접속하는 장치 HUB [1Layer]

한 사무실이나 가까운 거리의 컴퓨터들을 UTP 케이블을 사용하여 연결하기 위해 사용되는 네트워크 장비

Dummy HUB Switching HUB

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LAN Topology

LAN Topology 의 종류 Bus Topology Ring Topology Star Topology Tree Topology

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LAN Topology

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LAN Topology

Bus Topology 각 Node 를 연결해 주는 Cable 이 버스

구조 망의 구조가 간단 신뢰성이 높음 망의 거리가 제한

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LAN Topology

Ring Topology 각 Node 가 서로 연결되어 전체적으로

하나의 링 구조임 망의 거리에 제한이 적음 성능이 우수 망의 고장에 약함

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LAN Topology

Star Topology 각 Node 가 전용의 선로를 통해 중앙의

제어기에 연결됨 망의 관리가 용이 망의 고장에 약함

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LAN Topology

Tree Topology 여러 버스형 케이블들이 전체적으로 하나의

트리 구조임 융통성 있는 망의 구조 망이 복잡해질 수 있음

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IEEE 802 Standards802.1 High level interface802.2 LLC(Logical Link Control)802.3 Ethernet(CSMA/CD bus)802.4 Token Bus802.5 Token Ring802.6 MAN(Metropolitan Area Network):DQDB802.7 Broadband LANs802.8 Fiber optic LANs802.9 Integrated voice and data LANs802.10 Security802.11 Wireless LANs802.12 Demand priority LAN

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IEEE 802 Standards

IEEE 802 LAN 표준의 예

Data Link Layer LLC(Logical Link Control) Layer

상위 계층에의 인터페이스를 제공 흐름 제어와 오류 제어 등의 링크 제어 기능

MAC(Medium Access Control) Layer 전송 프레임을 조립하고 분해 전송 매체의 액세스를 제어

Data Link LayerLLC(IEEE 802.2)

MAC(IEEE 802.3, 802.5)

Physical Layer Physical

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IEEE 802 Standards

LLC IEEE 802.2

MAC IEEE

802.3

CSMA/CD(Ethernet

)IEEE

802.5

Token-ring

IEEE

802.11

WirelessLAN

ANSI FDDI ATMFATMLAN

Physical

10BASE-T(10

Mbps)

Fast Ethernet

(100 Mbps)

Gigabit Ethernet(1 Gbps)

Twisted-pair

(4 Mbps)

Wireless(1

Mbps)

Fiber (100Mbps

)

Fiber(155

Mbps,622

Mbps)

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MAC Protocol

Media Access Control 공유된 전송 매체에 대한 사용을 제어 전송용량을 순서에 맞게 효율적으로 사용 Where Control?

Centralized Distributed

How Control? Synchronous Asynchronous

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MAC Protocol

Where Control? Synchronous

Fixed Allocation like FDM, and STDM Asynchronous

Dynamic Allocation

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MAC Protocol

Distributed, Asynchronous Control Round-Robin Reservation Contention

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MAC Protocol

Round-Robin Node 가 경쟁 없이 공유 전송 매체를

사용할 수 있는 제어 구조 비교적 간단 Heavy Traffic 에 적합 예 : Token Ring, Token Bus

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MAC Protocol

Reservation Time Slot(TDM) 혹은 Channel(FDM) 을

미리 예약해서 전송 스케줄링을 위한 용량 및 Overhead 필요 Stream Traffic 에 적합 예 : satellite networks 의 분산 스케줄링

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MAC Protocol

Contention 공유된 전송 매체에 대해 여러 station 이

경쟁적으로 전송 Bursty Traffic 에 적합 예 )CSMA/CD, CSMA/CA

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ALOHAALOHA

하와이 군도에서 Racket Radio 을 이용해서 Multi-Access 를 위해 개발된 Contention 방식

매우 간단한 제어 구조 동작 원리

각 Node 는 전송할 Packet 이 있으면 즉시 전송 Sender 는 ACK 를 기다림 (Round Trip Time)

ACK 를 받으면 전송은 성공적으로 완료 ACK 가 없으면 Packet 을 재전송

ALOHA 의 특징 Packet 및 ACK 전송시 충돌 발생 가능성이 매우 높음 매우 낮은 효율 – 약 18%

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ALOHA

Station B

Station A

Station C

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ALOHA

Slotted ALOHA 동작 원리

모든 Node 는 Packet 을 슬롯의 시작점에서만 전송

Sender 는 ACK 를 기다림 (Round Trip Time) ACK 를 받으면 전송은 성공적으로 완료 ACK 가 없으면 Packet 을 재전송

Slotted ALOHA 의 특징 부분적으로 겹치는 Collision 은 발생되지 않음 ALOHA 의 효율을 향상시킴 - 약 37% 의 효율

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ALOHA

Station B

Station A

Station C

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Ethernet

Ethernet 의 특징 Xerox 에서 개발 IEEE 802.3(CSMA/CD) 버스형 동축 케이블 LAN 전송 속도는 10Mbps 전송 매체는 주로 동축 케이블을 사용 Manchester Coding 을 사용 Traffic 이 많아지면 충돌로 인해 전송 효율이

낮아짐

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Ethernet

IEEE 802.3 표준유형

10BASE5 Ethernet

10BASE2 CheaperNet

1BASE5 StarLAN

10BASE36 Bradband

10BASE-T

전송 매체 동축 케이블

(50 Ω) 동축 케이블

(50 Ω) 트위스티드

페어 동축 케이블

(75 Ω) 트위스티드

페어

전송 속도 10Mbps 10Mbps 1Mbps 10Mbps 10Mbps

부호화 기법 Manchester Manchester Manchester DPSK Manchester

세그먼트 길이 500m 200m 500m 1800m 100m

최대 거리 2.5km 1km 2.5km 3.6km 0.5km

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Ethernet

CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 각 Node 는 Data 전송 전에 전송매체가

사용되고 있는지 확인함 (listen before talking)

Non-persistent CSMA 전송 매체가 idle 하면 , 전송 전송 매체가 사용되고 있으면 , random Time

기다린 후 재확인

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Ethernet

Persistent CSMA 전송하기 전에 전송 매체의 사용 여부를

검사하여 , 사용 중이면 idle 할 때까지 계속 검사

사용중이 아니면 확률 1 혹은 p 로 전송 시도 1-persistent CSMA

전송매체가 idle 이면 , 전송 전송매체가 사용 중이면 , 채널이 idle 이 될 때까지

감지하고 있다가 매체가 idle 이 되면 , 즉시 전송 p-persistent CSMA

전송매체가 idle 이면 , 확률 p 로 전송 전송매체가 사용 중이면 , 채널이 idle 이 될 때까지

감지하고 있다가 매체가 idle 이 되면 , 즉시 확률 p 로 전송

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Ethernet

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) Collision Duration 을 줄이기 위하여 전송

후에도 Collision 이 발생했는지 Check 하는 방식

cf) CSMA 방식: 전송 전에 먼저 Check 하고 전송 후에는 Collision 을 Check 하지 않음

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Ethernet

동작 원리 전송매체를 조사하여 Free 이면 즉시 전송 Busy 이면 Free Slot 을 만날 때까지 계속 조사

(1-Persitent CSMA Protocol 처럼 ) 전송 직후에는 충돌 여부를 조사하여 충돌이

발생되었으면 짧은 Jamming Signal 을 보냄 Jamming Signal 이 있으면 Random Time

동안 기다린 후에 처음부터 반복

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Ethernet

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Token Passing

Token Passing Ring 이나 Bus 형 통신망에서 Token 을

통신망에 보내고 이것을 가진 Node 만 통신할 수 있게 하는 방식

종류 Token-Bus(IEEE 802.4) Token-Ring(IEEE 802.5) FDDI(ANSI)

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Token Passing

Token-Bus(IEEE 802.4) 물리적으로는 Bus 형 , 논리적으로는

Ring 형의 특성을 가짐 Bus 형으로 구성된 통신망에서 각 Node

의 논리적인 순서를 Ring 형으로 Ordering 하고 , Token 을 차례로 전달함으로써 전송 권한을 전달하는 방식

Token 을 가진 Node 만 정보를 전송할 수 있음

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Token Passing

동작 원리 전송할 Data 를 가지고 있는 Node 는 Idle

Token 을 기다림 Idle Token 을 가진 Node 은 Token 을 Busy

상태로 바꾼 후에 Destination Address 와 Data 를 추가하여 다음 Node 로 보냄

전송할 Data 가 없는 Node 는 다음 Node에게 토큰을 넘겨줌

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Token Passing

Token-Ring(IEEE 802.5) IBM 에서 개발 TP 케이블 링형 LAN

UTP 케이블 - 4Mbps STP 케이블 - 4Mbps / 16Mbps

Token 의 2 가지 상태 Free Token(or Idle Token)

매체 사용 가능 상태를 표시 Free Token 에 뒤따르는 비트열은 무시

Busy Token 매체가 데이터 전송에 사용중임을 표시 Busy Token 에 붙여 데이터가 전송됨

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Token Passing

동작 원리 전송할 Data 가 있는 Node 는 Free Token 을 대기 Free Token 을 만나면 Busy Token 으로 바꿈 Busy Token 뒤에 Destination Address 와 Data 를

붙여서 전송 붙여 다음 노드로 차례로 전달 각 Node 는 Data 속에 들어있는 Destination Address

를 조사하여 자신의 것이 아니면 Bypass 함 자신에게 온 Data 이면 Copy 하고 , Data 의 맨 뒤에

ACK 를 표시한 후 다음 노드에게 보냄 Sender 는 자신이 보낸 Busy Token 이 돌아오면

Receiver 의 수신여부를 확인함 Ring 에서 Busy Token 을 제거하고 , 새로운 Free

Token 을 만들어 Ring 에 내보냄

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Token Passing

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Token Passing

FDDI(Fiber Distributed Data Interface) ANSI 에서 개발 건물과 건물을 연결하는 백본망에 주로 사용 Topology

Dual Ring Topology Transmission Media

Optical Cable(Multimode Cable), Transmission Speed

100 Mbps

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Token Passing

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Token Passing

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LAN System 비교

Network MACAddressLength Signaling

DataRate

ErrorControl

Ethernet

Tokenring

FDDI

CSMA/CD

Tokenpassing

Tokenpassing

6 bytes

6 bytes

6 bytes

Manchester

DifferentialManchester

4B/5B

1, 10 Mbps

10-16 Mbps

100 Mbps

No

Yes

Yes