이더넷 프레임 형식. 이더넷 및 Wi-Fi 기술 기반 통합 액세스 네트워크 개발 이더넷 대역폭

이더넷 기술

이더넷은 오늘날 근거리 통신망에서 가장 널리 사용되는 표준입니다.

이더넷이라고 하면 일반적으로 이 기술의 변형을 의미합니다. 더 좁게는 이더넷은 Xerox가 1975년에 개발하고 구현한 실험적인 이더넷 네트워크를 기반으로 하는 네트워킹 표준입니다. 액세스 방법은 더 일찍 시도되었습니다. 60 년대 후반에는 하와이 대학교의 무선 네트워크에서 Aloha라고하는 공통 무선 환경에 대한 다양한 무작위 액세스 옵션이 사용되었습니다. 1980년 DEC, Intel 및 Xerox는 동축 케이블 네트워크용 이더넷 버전 II 표준을 공동으로 개발하여 발표했습니다. 최신 버전독점 이더넷 표준. 따라서 이더넷 표준의 독점 버전을 이더넷 DIX 또는 이더넷 P라고 합니다.

이더넷 DIX 표준을 기반으로 IEEE 802.3 표준이 개발되었으며 이는 많은 측면에서 이전 표준과 일치하지만 여전히 몇 가지 차이점이 있습니다. IEEE 802.3 표준은 MAC 계층과 LLC 계층을 구분하지만 원래 이더넷은 두 계층을 단일 데이터 링크 계층으로 결합했습니다. 이더넷 DIX는 IEEE 802.3에서 정의하지 않는 이더넷 구성 테스트 프로토콜을 정의합니다. 이러한 표준의 최소 및 최대 프레임 크기는 동일하지만 종횡비도 약간 다릅니다. 종종 IEEE 표준에서 정의한 이더넷과 독점 이더넷 DIX를 구별하기 위해 전자를 802.3 기술이라고 하며 독점 이더넷 이름은 추가 지정 없이 그대로 두는 경우가 많습니다.

IEEE 802.3 표준은 물리적 매체의 종류에 따라 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB 등 다양한 변형이 있습니다.

1995년에는 고속 이더넷 표준이 채택되었는데, 이는 많은 면에서 독립 표준이 아닙니다. 이 표준에 대한 설명은 단순히 802.3 표준인 802.3u 섹션에 대한 추가 섹션이라는 사실에서 알 수 있습니다. 마찬가지로 1998년 기가비트 이더넷 표준은 주 문서의 802.3z 섹션에 설명되어 있습니다.

10Mbit / s의 처리량을 제공하는 이더넷 기술의 모든 변형에 대해 케이블을 통한 이진 정보 전송을 위해 Manchester 코드가 사용됩니다.

모든 유형의 이더넷 표준(고속 이더넷 및 기가비트 이더넷 포함)은 동일한 미디어 분리 방식인 CSMA/CD 방식을 사용합니다.

이더넷 주소 지정

이더넷 기술에서 정보의 수신자를 식별하기 위해 6바이트 MAC 주소가 사용됩니다.

MAC 주소 형식은 이더넷 네트워크에서 특정 멀티캐스트 주소 지정 모드를 사용하는 기능을 제공함과 동시에 동일한 네트워크 내에서 발생할 가능성을 배제합니다. 지역 네트워크주소가 같은 두 스테이션.

이더넷 네트워크의 물리적 주소는 두 부분으로 구성됩니다.

• 공급업체 코드
• 개별 기기 식별자

IEEE 내의 특수 조직은 네트워크 장비 제조업체의 요청에 따라 이 분야의 허용된 인코딩 배포에 관여하고 있습니다. 쓰기용 MAC 주소그러나 다양한 형태로 사용될 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 형식은 바이트 쌍이 "-" 문자로 구분되는 16진수입니다.

E0-14-00-00-00

이더넷 및 IEEE 802.3 네트워크에는 대상 주소를 형성하는 세 가지 주요 모드가 있습니다.

• 유니캐스트 - 개별 주소
• 멀티캐스트 - 멀티캐스트 주소
• 브로드캐스트 - 브로드캐스트 주소.

첫 번째 주소 지정 모드(유니캐스트)는 소스 스테이션이 데이터의 한 수신자에게만 전송된 패킷의 주소를 지정할 때 사용됩니다.

멀티캐스트 주소 지정 모드 사용의 표시는 장비 제조업체 식별자의 최상위 바이트의 최하위 비트에 1이 있는 것입니다.

씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨씨

DA 필드 내용이 멀티캐스트 유형에 속하는 프레임은 해당 공급업체 코드 값(이 경우 Cisco 네트워크 장치)이 있는 모든 스테이션에서 수신 및 처리됩니다. 주어진 멀티캐스트 - 주소는 이 회사의 네트워크 장치에서 CDP(Cisco Discovery Protocol) 규칙에 따라 상호 작용하는 데 사용됩니다.

이더넷 및 IEEE 802.3 스테이션도 브로드캐스트 주소 지정 모드를 사용할 수 있습니다. 브로드캐스트 대상 스테이션의 주소는 특수 값으로 인코딩됩니다.

FF-FF-FF-FF-FF-FF

이 주소를 사용하면 이 네트워크에 있는 모든 스테이션에서 전송된 패킷을 수신합니다.

CSMA / CD 접근 방식

이더넷 네트워크는 충돌 감지가 포함된 캐리어 감지 다중 액세스(CSMA/CD)라는 미디어 액세스 방법을 사용합니다.

CSMA/CD 프로토콜은 모든 장치에 대한 단일 공통 데이터 전송 매체를 사용하여 네트워크에서 워크스테이션의 상호 작용 특성을 정의합니다. 모든 스테이션은 데이터 전송에 대해 동일한 조건을 갖습니다. 스테이션이 전송을 위해 매체에 액세스할 수 있는 특정 순서는 없습니다. 이러한 의미에서 환경은 무작위로 액세스됩니다. 랜덤 액세스 알고리즘의 구현은 결정적 액세스 알고리즘의 구현보다 훨씬 간단한 작업인 것 같습니다. 후자의 경우 모든 네트워크 장치의 작동을 제어하는 ​​특수 프로토콜(예: 토큰링 및 FDDI 네트워크에 고유한 토큰 순환 프로토콜) 또는 특수 전용 장치인 마스터 허브가 필요하기 때문에 특정 시퀀스는 스테이션의 모든 나머지 부분에 전송 기능을 제공합니다(Arcnet 네트워크, 100VG AnyLAN).

그러나 랜덤 액세스가 있는 네트워크에는 한 가지 주요 단점이 있습니다. 즉, 주어진 스테이션이 데이터를 전송할 수 있기 전에 충분히 긴 시간이 지나야 과부하 상태에서 완전히 안정적인 네트워크 작동이 되지 않습니다. 이것은 동시에 또는 거의 동시에 전송을 시작한 스테이션 간에 발생하는 충돌 때문입니다. 충돌이 발생하면 전송된 데이터가 수신자에게 도달하지 않고 전송 스테이션은 다시 전송을 다시 시작해야 합니다. 이더넷에서 사용되는 코딩 방식은 각 스테이션의 신호를 일반 신호와 분리할 수 없습니다. (지 이 사실은 이더넷 기술의 모든 물리적 프로토콜(예: 10Base-2,10Base-T 등)의 이름에 존재하는 "Base(band)" 구성 요소에 반영됩니다. 베이스밴드 네트워크는 주파수 분할 없이 단일 채널을 통해 메시지가 디지털 방식으로 전송되는 베이스밴드 네트워크를 의미합니다.)

충돌은 이더넷 네트워크에서 정상적인 상황입니다. 충돌이 발생하기 위해 여러 스테이션이 절대적으로 동시에 전송을 시작할 필요는 없으며 이러한 상황은 거의 없습니다. 한 노드가 다른 노드보다 먼저 전송을 시작하기 때문에 충돌이 발생할 가능성이 훨씬 더 높지만 첫 번째 노드의 신호는 두 번째 노드가 자신의 전송을 시작하기로 결정할 때까지 두 번째 노드에 도달할 시간이 없습니다. 액자. 즉, 충돌은 네트워크의 분산 특성의 결과입니다.

네트워크의 모든 스테이션 집합으로, 한 쌍의 동시 전송으로 충돌이 발생하는 것을 충돌 도메인 또는 충돌 도메인이라고 합니다.

충돌은 특히 네트워크에 과부하가 걸리고(많은 스테이션이 충돌 도메인 내에서 동시에 전송을 시도하고 있음, > 20-25) 충돌 도메인 직경이 큰 경우(> 2km) 네트워크를 통한 프레임 전파에서 예측할 수 없는 지연을 유발할 수 있습니다. ). 따라서 네트워크를 구축할 때는 이러한 극단적인 작동 모드를 피하는 것이 좋습니다.

가장 최적의 방식으로 충돌을 해결할 수 있는 프로토콜을 구축하고 고부하에서 네트워크 운영을 최적화하는 문제는 표준 형성 단계에서 핵심 문제 중 하나였습니다. 처음에는 환경에 대한 임의 액세스를 위한 알고리즘 구현의 후보로 세 가지 주요 접근 방식이 고려되었습니다. 즉, non-constant, 1-constant 및 p-constant(그림 11.2).

그림 11.2. 다중 랜덤 액세스(CSMA) 알고리즘 및 충돌 백오프

비영구 알고리즘.이 알고리즘을 사용하면 전송하려는 스테이션은 다음 규칙에 따라 안내됩니다.

1. 매체를 듣고 매체가 비어 있으면(즉, 다른 전송이 없거나 충돌 신호가 없는 경우) 전송하고, 그렇지 않으면 - 매체가 사용 중임 - 2단계로 이동합니다.

2. 환경이 사용 중이면 임의(특정 확률 분포 곡선에 따라) 시간 동안 기다렸다가 1단계로 돌아갑니다.

바쁜 환경에서 임의의 대기 값을 사용하면 충돌 가능성이 줄어듭니다. 실제로, 그렇지 않으면 두 스테이션이 실질적으로 동시에 전송하려고 하고 세 번째 스테이션은 이미 전송 중이라고 가정합니다. 처음 두 개가 전송 시작 ​​전에 임의의 대기 시간을 갖지 않고(환경이 사용 중인 것으로 판명된 경우) 환경에 귀를 기울이고 환경이 해제될 때까지 기다렸다가 세 번째 스테이션이 전송을 중지한 후 , 처음 두 개는 동시에 전송을 시작하므로 필연적으로 충돌이 발생합니다. 따라서 무작위 대기는 이러한 충돌 가능성을 제거합니다. 그러나 이 방법의 단점은 채널 대역폭을 비효율적으로 사용한다는 점이다. 매체가 비어 있을 때까지 전송을 원하는 스테이션은 매체를 청취하기로 결정하기 전에 임의의 시간 동안 계속 대기할 수 있기 때문에 매체는 이미 사용 중으로 판명되었습니다. 결과적으로 한 스테이션만 전송을 기다리고 있더라도 채널은 일정 시간 동안 유휴 상태가 됩니다.

1-영구 알고리즘... 환경이 바쁘지 않을 때 시간을 줄이기 위해 1-영구 알고리즘을 사용할 수 있습니다. 이 알고리즘을 사용하면 전송하려는 스테이션은 다음 규칙에 따라 안내됩니다.

1. 매체에서 수신 대기하고 매체가 유휴 전송 중이면 2단계로 이동합니다.

2. 매체가 사용 중이면 매체가 비어 있을 때까지 매체를 계속 듣고 매체가 해제되는 즉시 전송을 시작합니다.

비영구 알고리즘과 1 지속 알고리즘을 비교하면 1 지속 알고리즘에서 전송하려는 스테이션이 더 "이기적으로" 행동한다고 ​​말할 수 있습니다. 따라서 둘 이상의 스테이션이 전송을 기다리는 경우(환경이 해제될 때까지 대기) 충돌이 보장됩니다. 충돌 후 스테이션은 다음에 무엇을 해야 할지 생각하기 시작합니다.

P-지속 알고리즘.이 알고리즘의 규칙은 다음과 같습니다.

1. 환경이 자유롭다면, 확률이 있는 스테이션 피 즉시 전송을 시작하거나 확률(1- 피 ) 고정된 시간 간격 T를 기다립니다. 간격 T는 일반적으로 끝에서 끝까지 신호의 최대 전파 시간과 동일하게 취합니다.

2. 매체가 사용 중이면 스테이션은 매체가 비어 있을 때까지 계속 청취한 다음 1단계로 이동합니다.

3. T슬롯 1개 전송이 지연되면 스테이션은 1단계로 돌아간다.

그리고 여기서 가장 효과적인 매개변수 값을 선택하는 문제가 발생합니다. 피 ... 주요 문제는 고부하에서 불안정성을 피하는 방법입니다. 하는 상황을 고려하십시오. N 스테이션은 이미 전송이 진행 중인 동안 프레임을 전송하려고 합니다. 전송이 끝나면 전송을 시도할 예상 스테이션 수는 전송하려는 스테이션 수를 전송 확률로 곱한 값과 같습니다. NP ... 만약에 NP > 1이면 평균적으로 여러 스테이션이 한 번에 전송을 시도하므로 충돌이 발생합니다. 또한 충돌이 감지되자마자 모든 스테이션은 1단계로 돌아가 두 번째 충돌이 발생합니다. 최악의 경우 배신하려는 새로운 방송국이 추가될 수 있습니다. N , 상황을 더욱 악화시켜 결국 지속적인 충돌과 제로 처리량으로 이어집니다. 이러한 재난을 피하기 위해 작업 NP 1보다 작아야 합니다. 네트워크가 여러 스테이션이 동시에 전송을 원하는 상황이 발생하기 쉬운 경우에는 피 ... 한편, 때 피 너무 작아지면 단일 스테이션에서도 평균적으로 대기할 수 있습니다(1- 피 )/피 전송하기 전에 간격 T. 따라서 p = 0.1이면 전송 전의 평균 유휴 시간은 9T가 됩니다.

CSMA/CD 충돌 해결 다중 매체 액세스 프로토콜 위 알고리즘의 아이디어를 구현하고 중요한 요소인 충돌 해결을 추가했습니다. 충돌은 형성 순간에 전송된 모든 프레임을 파괴하기 때문에 스테이션에서 충돌을 감지하는 즉시 프레임을 계속해서 전송할 필요가 없습니다. 그렇지 않으면 긴 프레임을 전송할 때 상당한 시간 손실이 발생합니다. 따라서 적시에 충돌을 감지하기 위해 스테이션은 자체 전송을 통해 환경을 수신합니다. 다음은 전송 스테이션에 대한 CSMA/CD 알고리즘의 기본 규칙입니다(그림 11.3).

1. 전송하려는 스테이션은 환경을 청취하고 있습니다. 그리고 환경이 자유롭다면 전송합니다. 그렇지 않으면(즉, 환경이 사용 중이면) 2단계로 진행합니다. 여러 프레임을 연속으로 전송할 때 스테이션은 프레임 전송 사이에 특정 일시 중지(프레임 간 간격)를 유지하고 다음 프레임을 보내기 전에 이러한 각 일시 중지 후에 스테이션은 다시 환경을 수신합니다(시작 단계 1로 돌아가기).

2. 환경이 사용 중인 경우 스테이션은 환경이 해제될 때까지 환경을 계속 수신한 다음 즉시 전송을 시작합니다.

3. 전송하는 각 스테이션은 환경을 듣고 충돌이 감지되면 즉시 전송을 중지하지 않고 먼저 짧은 특수 충돌 신호를 전송합니다. 즉, 충돌에 대해 다른 스테이션에 알리고 전송을 중지합니다.

4. 재밍 신호를 전송한 후 스테이션은 이진 지수 지연 규칙에 따라 통화를 중지하고 임의의 시간 동안 대기한 다음 1단계로 돌아갑니다.

프레임을 전송할 수 있으려면 스테이션에서 공유 매체가 비어 있는지 확인해야 합니다. 이것은 반송파 감지(CS)라고도 하는 신호의 기본 고조파를 수신하여 수행됩니다. 비어 있는 환경의 표시는 현재 전송되는 1과 0의 시퀀스에 따라 맨체스터 코딩 방법을 사용하는 5-10MHz인 캐리어 주파수가 없다는 것입니다.

프레임 전송이 끝난 후 모든 네트워크 노드는 9.6μs(96bt)의 기술 일시 중지(Inter Packet Gap)를 견뎌야 합니다. 프레임 간 간격이라고도 하는 이 일시 중지는 네트워크 어댑터를 원래 상태로 만들고 단일 스테이션이 미디어를 독점적으로 사용하지 못하도록 방지하는 데 필요합니다.

그림 11.3. CSMA/CD 알고리즘의 블록도(MAC 레벨): 스테이션에서 프레임을 전송할 때

Jam 신호(재밍 - 말 그대로 재밍). 잼 신호의 전송은 충돌 전에 프레임을 전송하고 잼 신호를 수신한 모든 노드가 전송을 중단하고 프레임을 전송하려는 새로운 시도를 예상하여 침묵하기 때문에 하나 이상의 프레임이 손실되지 않도록 합니다. . Jam 신호는 가능한 중계기의 추가 안전 여유(SF) 지연을 고려하여 충돌 영역에서 가장 먼 스테이션에 도달하기에 충분한 길이여야 합니다. 잼 신호의 내용은 부분적으로 전송된 프레임(802.3)의 CRC 필드와 일치하지 않아야 하고 처음 62비트는 시작 비트 '1과 함께 '1'과 '0'의 교대를 나타내야 한다는 점을 제외하고는 중요하지 않습니다. '.

그림 11.4. 랜덤 액세스 방식 CSMA / CD

그림 11.5는 버스 토폴로지(얇거나 두꺼운 동축 케이블(각각 10Base5 및 10Base2))에 대한 충돌 감지 프로세스를 보여줍니다.

현재 시점에서 노드 ㅏ(DTE ㅏ) 전송을 시작하여 자연스럽게 자신의 전송 신호를 듣습니다. 프레임이 거의 노드에 도달한 순간 비(DTE 비) 이 노드는 이미 전송이 진행되고 있음을 알지 못하고 스스로 전송을 시작합니다. 특정 시점에서 노드 비충돌을 감지합니다(모니터링된 라인의 전기 신호의 일정한 구성 요소가 증가함). 그 후 노드 비잼 신호를 전송하고 전송을 중지합니다. 그 순간에 충돌 신호가 노드에 도달합니다. ㅏ, 그 다음에 ㅏ또한 잼 신호를 전송하고 전송을 중지합니다.

그림 11.5. CSMA/CD 방식 사용 시 충돌 감지

IEEE 802.3 표준에 따르면 노드는 매우 짧은 프레임을 전송할 수 없습니다. 즉, 매우 짧은 전송을 수행할 수 없습니다. 데이터 필드가 완전히 채워지지 않은 경우에도 프리앰블을 제외하고 프레임을 최소 64바이트 길이로 확장하는 특수 추가 필드가 나타납니다. 채널 시간 ST(슬롯 시간)는 노드가 채널을 점유하기 위해 전송해야 하는 최소 시간입니다. 이 시간은 표준에서 허용하는 최소 허용 크기의 프레임 전송에 해당합니다. 채널 시간은 네트워크 노드 간의 최대 허용 거리(충돌 도메인의 지름)와 관련이 있습니다. 위의 예가 스테이션이 ㅏ그리고 비최대 거리에서 서로 제거됩니다. 시간, 신호 전파 ㅏ~ 전에 비로 표시합니다. 매듭 ㅏ시간 0에서 전송을 시작합니다. 매듭 비특정 시점에 전송을 시작하고 전송 시작 ​​후 일정 간격 후에 충돌을 감지합니다. 매듭 ㅏ특정 시점에서 충돌을 감지합니다. 프레임이 방출되기 위해서는 ㅏ, 손실되지 않았으므로 노드가 ㅏ이 순간까지 전송을 멈추지 않았습니다. 그 이후로 충돌을 감지한 노드는 ㅏ프레임이 도착하지 않았음을 알고 재전송을 시도합니다. 그렇지 않으면 프레임이 손실됩니다. 노드 전송이 시작된 순간부터 최대 시간 ㅏ여전히 충돌을 감지할 수 있습니다. 이 시간을 호출합니다. 이중 회전 시간 PDV(경로 지연 값, PDV)... 보다 일반적으로 PDV는 유한 세그먼트 길이로 인한 지연과 중간 중계기 및 네트워크의 끝 노드의 물리적 계층에서 프레임 처리에서 발생하는 지연과 관련된 총 지연을 정의합니다. 추가 고려를 위해 다른 시간 측정 단위를 사용하는 것도 편리합니다. 비트 시간 bt(비트 시간). 1bt의 시간은 1비트를 전송하는 데 걸리는 시간에 해당합니다. 10Mbps에서 0.1μs.

네트워크의 모든 스테이션에서 충돌을 명확하게 인식하는 것은 필요조건 올바른 작업이더넷 네트워크. 전송 스테이션이 충돌을 인식하지 못하고 데이터 프레임이 올바르게 전송되었다고 결정하면 이 데이터 프레임이 손실됩니다. 충돌 중 신호의 중첩으로 인해 프레임의 정보가 왜곡되고 수신 스테이션에서 거부됩니다(체크섬의 불일치로 인해). 대부분의 경우 왜곡된 정보는 전송 또는 연결 지향 응용 프로그램 프로토콜과 같은 일부 상위 수준 프로토콜에 의해 재전송됩니다. 그러나 상위 계층 프로토콜에 의한 메시지 재전송은 이더넷 프로토콜이 작동하는 마이크로초 간격에 비해 훨씬 더 긴 시간 간격(때로는 몇 초 후에도)에서 발생합니다. 따라서 이더넷 네트워크의 노드에서 충돌을 안정적으로 인식하지 못하면 이 네트워크의 유용한 대역폭이 눈에 띄게 감소합니다.

안정적인 충돌 감지를 위해서는 다음 관계가 충족되어야 합니다.

T min> = PVD,

여기서 T min은 최소 프레임 길이의 전송 시간이고 PDV는 충돌 신호가 가장 먼 네트워크 노드로 전파되는 데 걸리는 시간입니다. 최악의 경우 신호는 서로 가장 멀리 떨어져 있는 네트워크 스테이션 사이를 두 번 통과해야 하기 때문에(왜곡되지 않은 신호는 한 방향으로 통과하고 되돌아오는 길에는 이미 충돌로 인해 왜곡된 신호가 전파됨), 그래서 이번에는 이라고 이중 회전 시간(경로 지연 값, PDV).

이 조건이 충족되면 전송 스테이션은 이 프레임 전송을 완료하기 전에도 전송된 프레임으로 인한 충돌을 감지할 시간이 있어야 합니다.

분명히 이 조건의 충족은 한편으로는 최소 프레임의 길이와 네트워크 대역폭, 다른 한편으로는 네트워크 케이블 시스템의 길이와 케이블의 신호 전파 속도에 따라 달라집니다. 다른 유형케이블, 이 속도는 약간 다릅니다).

이더넷 프로토콜의 모든 매개변수는 네트워크 노드의 정상 작동 중에 충돌이 항상 명확하게 인식되는 방식으로 선택됩니다. 물론 매개변수를 선택할 때 위의 관계도 고려되어 네트워크 세그먼트의 스테이션 간 최소 프레임 길이와 최대 거리를 연결합니다.

이더넷 표준에서 프레임 데이터 필드의 최소 길이는 46바이트(서비스 필드와 함께 최소 프레임 길이를 64바이트로 제공하고 프리앰블과 함께 72바이트 또는 576비트)를 허용합니다. .

예를 들어 1500바이트와 같은 큰 프레임을 전송할 때 충돌이 발생하면 거의 전송 초기에 거의 처음 전송된 64바이트(이 시점에서 충돌이 발생하지 않은 경우 나중에 모든 방송국이 회선을 듣고 전송을 "듣기" 때문에 발생하지 않습니다). 잼 신호는 전체 프레임 크기보다 훨씬 짧기 때문에 CSMA/CD 알고리즘을 사용할 때 유휴 채널 사용 용량의 양이 충돌 감지에 필요한 시간으로 줄어듭니다. 조기 충돌 감지는 보다 효율적인 채널 활용으로 이어집니다. 충돌 도메인의 직경이 수 킬로미터인 경우 더 긴 네트워크에 내재된 늦은 충돌 감지는 네트워크의 효율성을 감소시킵니다. 사용 중인 네트워크의 동작에 대한 단순화된 이론적 모델을 기반으로(많은 수의 동시 전송 스테이션과 모든 스테이션에 대해 고정된 최소 전송 프레임 길이 가정), 네트워크 U의 성능은 PDV / ST 비율:

어디 는 자연 로그의 밑입니다. 네트워크 성능은 브로드캐스트되는 프레임의 크기와 네트워크 직경의 영향을 받습니다. 최악의 경우(PDV = ST일 때)의 성능은 약 37%이고, 최상의 경우(PDV가 ST보다 훨씬 작을 때)는 1이 되는 경향이 있습니다. 동시에 전송하는 경우 아래에서 고려되는 잘린 이진 지수 지연 알고리즘의 특성을 고려하지 않으며, 예를 들어 전송하려는 스테이션이 15개 이상인 경우 충돌로 심하게 혼잡한 네트워크에는 유효하지 않습니다.

잘린 이진 지수 지연(잘린 이진 지수 백오프). IEEE 802.3 표준에서 채택한 CSMA/CD 알고리즘은 1-persistent 알고리즘에 가장 가깝지만 차이점이 있다. 추가 요소- 잘린 이진 지수 지연. 충돌이 발생하면 스테이션은 패킷을 보낼 때 연속적으로 충돌이 발생한 횟수를 계산합니다. 반복되는 충돌은 환경에 대한 높은 부하를 나타내므로 MAC은 프레임 재시도 사이의 지연을 늘리려고 합니다. 시간 간격을 늘리는 해당 절차는 규칙을 따릅니다. 잘린 이진 지수 지연.

다음 알고리즘에 따라 임의 일시 중지가 선택됩니다.

일시 중지 = Lx(지연 간격),

여기서 (백오프 간격) = 512비트 간격(51.2μs);

L은 범위에서 동일한 확률로 선택된 정수이며, 여기서 N은 주어진 프레임의 재시도 횟수(1,2, ..., 10)입니다.

10번째 시도 이후에는 일시 중지가 선택되는 간격이 증가하지 않습니다. 따라서 임의 일시 중지 범위는 0~52.4ms입니다.

프레임 전송을 16회 연속 시도하여 충돌이 발생하면 송신기는 시도를 중지하고 이 프레임을 폐기해야 합니다.

절단된 바이너리 지수 대기 시간을 사용하는 CSMA/CD 알고리즘은 많은 랜덤 액세스 알고리즘 중에서 최고로 인정되며 저부하 및 중부하 모두에서 효율적인 네트워크 운영을 제공합니다. 고부하에서는 두 가지 단점에 유의해야 합니다. 첫째, 충돌이 많은 스테이션 1은 프레임 전송을 처음 시도하는(이전에 프레임 전송을 시도한 적이 없음) 이미 여러 프레임 전송에 실패한 스테이션 2에 비해 이점이 있습니다. 시간, 충돌을 만납니다. 스테이션 2는 이진 지수 지연 규칙에 따라 후속 시도 전에 상당한 시간 동안 대기하기 때문입니다. 따라서 프레임의 불규칙한 전송이 발생할 수 있으며 이는 시간 종속적 응용 프로그램에 바람직하지 않습니다. 둘째, 작업 부하가 크면 네트워크 전체의 효율성이 감소합니다. 추정에 따르면 25개 스테이션의 동시 전송으로 총 대역폭이 약 2배 감소합니다. 그러나 모든 스테이션이 동시에 환경에 액세스하는 것은 아니기 때문에 충돌 도메인의 스테이션 수는 더 많을 수 있습니다.

프레임 수신(그림 11.6)

그림 11.6. CSMA/CD 알고리즘의 블록도(MAC 레벨): 스테이션이 프레임을 수신할 때

수신 스테이션 또는 기타 네트워크 장치(예: 허브 또는 스위치)는 먼저 프리앰블과 동기화한 다음 맨체스터 코드를 이진 형식으로 변환합니다(물리 계층에서). 다음으로 바이너리 스트림이 처리됩니다.

MAC 수준에서 나머지 프리앰블 비트는 지워지고 스테이션은 대상 주소를 읽고 이를 자신의 주소와 비교합니다. 주소가 일치하면 프리앰블, SDF 및 FCS를 제외한 프레임 필드를 버퍼링하고 체크섬을 계산하여 FCS 프레임의 검사 시퀀스 필드와 비교합니다(CRC-32 순환합 방식 사용). 같으면 버퍼의 내용이 상위 계층 프로토콜로 전달됩니다. 그렇지 않으면 프레임이 삭제됩니다. 프레임 수신 시 충돌 발생은 동축 세그먼트를 사용하는 경우 전위의 변화 또는 사용된 경우 결함 있는 프레임 수신 사실, 잘못된 체크섬에 의해 감지됩니다. 꼬인 쌍또는 광섬유. 두 경우 모두 수신된 정보는 폐기됩니다.

접근 방식에 대한 설명을 보면, 그것은 본질적으로 확률적이며 마음대로 공통 환경을 성공적으로 획득할 확률은 네트워크 혼잡, 즉 프레임 전송의 필요성 강도에 달려 있음을 알 수 있습니다. 역. 70년대 후반에 이 방법을 개발할 때 10Mbit/s의 데이터 전송 속도는 상호 데이터 교환을 위한 컴퓨터의 요구에 비해 매우 높기 때문에 네트워크 부하가 항상 작다고 가정했습니다. 이 가정은 오늘날까지도 여전히 사실이지만 이더넷 세그먼트에서 매우 바쁜 실시간 멀티미디어 애플리케이션이 등장했습니다. 이 경우 충돌이 훨씬 더 자주 발생합니다. 상당한 충돌 비율로 인해 네트워크가 프레임 전송을 재시도하는 데 거의 항상 바쁘기 때문에 이더넷 네트워크의 사용 가능한 처리량이 급격히 떨어집니다. 충돌의 강도를 줄이려면 예를 들어 세그먼트의 노드 수를 줄이거나 애플리케이션을 교체하여 트래픽을 줄이거나, 예를 들어 고속 이더넷으로 전환하는 프로토콜의 속도를 높여야 합니다.

CSMA/CD 액세스 방법은 스테이션이 매체에 액세스할 수 있다는 것을 전혀 보장하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 물론 네트워크 부하가 낮으면 이러한 이벤트가 발생할 확률은 낮지만 네트워크 사용률이 1에 가까워지면 이러한 이벤트가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 랜덤 액세스 방법의 이러한 단점은 이더넷을 가장 저렴한 기술로 만든 극도의 단순성에 대한 대가를 치러야 한다는 것입니다. 100VG-AnyLAN 네트워크의 Demand Priority 방식인 Token Ring 및 FDDI 토큰 액세스와 같은 다른 액세스 방법은 이러한 단점이 없습니다.

모든 요소를 ​​고려한 결과, 네트워크 스테이션 간의 최소 프레임 길이와 최대 가능한 거리 사이의 비율이 신중하게 선택되어 안정적인 충돌 감지가 보장됩니다. 이 거리는 최대 네트워크 직경이라고도 합니다.

동일한 CSMA/CD 액세스 방식을 기반으로 하는 새로운 표준(예: Fast Ethernet)에서 발생하는 프레임 속도의 증가로 인해 네트워크 스테이션 간의 최대 거리는 전송 속도의 증가에 비례하여 감소합니다. Fast Ethernet 표준에서는 약 210미터이고, Gigabit Ethernet 표준에서는 표준 개발자가 최소 패킷 크기를 늘리는 조치를 취하지 않았다면 25미터로 제한됩니다.

테이블 11.1은 물리적 매체의 구현에 의존하지 않는 802.3 표준 프레임 전송 절차의 기본 매개변수 값을 보여줍니다. 이더넷 기술의 물리적 환경의 각 변형은 이러한 제약에 고유한, 종종 더 엄격한 제약을 추가한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이는 또한 충족되어야 하고 아래에서 논의될 것입니다.

표 11.1.이더넷 MAC 계층 매개변수

이더넷 프레임 형식

IEEE 802.3 문서에 설명된 이더넷 기술 표준은 단일 MAC 계층 프레임 형식을 설명합니다. MAC 계층 프레임은 IEEE 802.2 문서에 기술된 LLC 계층 프레임을 포함해야 하므로 IEEE 표준에 따르면 이더넷 네트워크에서는 링크 계층 프레임의 한 버전만 사용할 수 있으며 그 헤더는 MAC 및 LLC 하위 계층 헤더.

그럼에도 불구하고 링크 계층의 이더넷 네트워크에서는 실제로 4가지 형식(유형)의 프레임이 사용됩니다. 이것은 IEEE 802 표준이 채택되기 이전에 존재했던 이더넷 기술 개발의 오랜 역사 때문입니다. LLC 하위 계층이 일반 프로토콜과 분리되지 않아 LLC 헤더가 사용되지 않았기 때문입니다.

1980년에 Digital, Intel 및 Xerox 3개 회사의 컨소시엄은 802.3 위원회에 이더넷 표준의 독점 버전(물론 특정 프레임 형식을 설명함)을 국제 표준 초안으로 제출했지만 802.3 위원회는 표준을 채택했습니다. DIX 제안과 일부 세부 사항이 다릅니다. 차이점은 또한 프레임 형식에 있어서 이더넷 네트워크에 두 가지 다른 유형의 프레임이 존재하게 되었습니다.

또 다른 프레임 형식은 이더넷을 통한 프로토콜 스택의 속도를 높이려는 Novell의 노력의 결과입니다.

마지막으로 네 번째 프레임 형식은 이전 프레임 형식을 일부 공통 표준으로 가져오기 위한 802:2 위원회 작업의 결과입니다.

프레임 형식의 차이로 인해 하나의 이더넷 프레임 표준에서만 작동하도록 설계된 네트워크 소프트웨어와 하드웨어 간에 비호환성이 발생할 수 있습니다. 그러나 오늘날 거의 모든 네트워크 어댑터, 네트워크 어댑터 드라이버, 브리지/스위치 및 라우터는 실제로 사용되는 모든 이더넷 기술 프레임 형식에서 작동할 수 있으며 프레임 유형은 자동으로 인식됩니다.

다음은 4가지 유형의 이더넷 프레임 모두에 대한 설명입니다(여기서 프레임은 링크 계층과 관련된 전체 필드 집합, 즉 MAC 및 LLC 계층의 필드를 의미합니다). 하나의 동일한 프레임 유형은 다른 이름을 가질 수 있으므로 각 프레임 유형에 대해 아래에 가장 일반적인 이름이 몇 가지 제공됩니다.

• 802.3/LLC 프레임(802.3/802.2 프레임 또는 Novell 802.2 프레임)
• 원시 802.3 프레임(또는 Novell 802.3 프레임),
• 이더넷 DIX 프레임(또는 이더넷 II 프레임);
• 이더넷 SNAP 프레임.

이 네 가지 유형의 이더넷 프레임 모두에 대한 형식이 그림 1에 나와 있습니다. 11.7.

802.3 / LLC 프레임

802.3 / LLC 프레임 헤더는 IEEE 802.3 및 802.2 표준에 정의된 프레임 헤더 필드를 연결한 결과입니다.

802.3 표준은 8개의 헤더 필드를 정의합니다(그림 11.7; 프리앰블 필드 및 시작 프레임 구분 기호는 그림에 표시되지 않음).

• 서문 필드 7개의 동기 바이트 10101010으로 구성됩니다. 맨체스터 코딩에서 이 조합은 주파수가 5MHz인 주기적인 파형으로 물리적 매체에 표시됩니다.
• 프레임 시작 구분 기호(SFD) 1바이트 10101011로 구성됩니다. 이 비트 패턴의 발생은 다음 바이트가 프레임 헤더의 첫 번째 바이트임을 나타냅니다.
• 목적지 주소(DA)길이는 2바이트 또는 6바이트일 수 있습니다. 실제로는 항상 6바이트 주소가 사용됩니다. 목적지 주소의 최상위 바이트의 첫 번째 비트는 주소가 개인인지 그룹인지를 나타냅니다. 0이면 주소는 개별(유니캐스트), 1이면 이 멀티캐스트 주소.주소가 모두 1로 구성된 경우, 즉 0xFFFFFFFFFFFF의 16진수 표현을 갖는 경우 네트워크의 모든 노드를 위한 것이며 호출됩니다. 방송 주소.

IEEE 이더넷 표준에서 바이트의 최하위 비트는 필드의 맨 왼쪽 위치에 표시되고 최상위 비트는 맨 오른쪽 위치에 표시됩니다. 이것 비표준 방법바이트의 비트 순서 표시는 이더넷 송신기에서 비트가 통신 라인으로 전송되는 순서에 해당합니다. RFC IETF, ITU-T, ISO와 같은 다른 조직의 표준에서는 최하위 비트가 바이트의 맨 오른쪽 비트로 간주되고 최상위 비트가 맨 왼쪽 비트로 간주될 때 전통적인 바이트 표현이 사용됩니다. 그러나 바이트 순서는 전통적으로 유지됩니다. 따라서 이러한 기관에서 발행한 표준을 읽을 때 뿐만 아니라 화면에 표시되는 데이터를 읽을 때 운영 체제또는 프로토콜 분석기의 경우 이더넷 프레임의 각 바이트 값은 IEEE 문서에 따라 해당 바이트의 비트 의미를 올바르게 나타내기 위해 미러링되어야 합니다. 예를 들어 IEEE 표기법의 멀티캐스트 주소는 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 또는 16진수 표기법으로 80-00-A7-FO-00으로 표시됩니다. 전통적인 형태 01-00-5E-0F-00-00으로.

• 소스 주소(SA) -프레임을 보낸 노드의 주소를 포함하는 2 또는 6바이트 필드입니다. 주소의 첫 번째 비트는 항상 0입니다.
• 길이(길이, L) -프레임의 데이터 필드 길이를 정의하는 2바이트 필드입니다.
• 데이터 필드 0에서 1500바이트를 포함할 수 있습니다. 그러나 필드의 길이가 46바이트 미만이면 다음 필드인 패딩 필드가 프레임을 최소 허용 값인 46바이트로 채우는 데 사용됩니다.
• 심 46바이트의 최소 데이터 필드 길이를 제공하기 위해 가능한 한 많은 패딩 바이트로 구성됩니다. 이렇게 하면 충돌 감지 메커니즘이 올바르게 작동합니다. 데이터 필드의 길이가 충분하면 패딩 필드가 프레임에 나타나지 않습니다.
• 프레임 검사 시퀀스(PCS)체크섬을 포함하는 4바이트로 구성됩니다. 이 값은 CRC-32 알고리즘을 사용하여 계산됩니다. 프레임을 수신한 후 워크스테이션은 이 프레임에 대한 자체 체크섬 계산을 수행하고 수신된 값을 체크섬 필드의 값과 비교하여 수신된 프레임이 손상되었는지 여부를 판별합니다.

802.3 프레임은 MAC 부계층 프레임이므로 802.2 표준에 따라 LLC 부계층 프레임은 시작 및 끝 플래그가 제거된 데이터 필드에 포함됩니다. LLC 프레임 형식은 위에서 설명했습니다. LLC 프레임의 헤더 길이는 3(LLC1 모드) 또는 4바이트(LLC2 모드)이므로 최대 데이터 필드 크기는 1497 또는 1496바이트로 줄어듭니다.

그림 11.7. 이더넷 프레임 형식

비슷한 정보입니다.

IEEE 802.3 독에서 작성된 이더넷 기술 템플릿. 이것은 MAC 계층 형식 프레임에 대한 유일한 설명입니다. 이더넷 네트워크에서는 링크 계층의 한 가지 유형의 프레임만 구현되며 그 헤더는 일종의 MAC 및 LLC 하위 계층의 헤더 집합입니다.

• 이더넷 DIX / 이더넷 II, 버전 802.3을 국제 표준으로 도입한 Xerox, Intel 및 Digital 3사 공동 로봇의 결과로 1980년에 등장했습니다.
• 위원회는 802.3을 채택하고 약간 수정했습니다. 이것이 어떻게 802.3 / LLC, 802.3 / 802.2또는 노벨 802.2;
• 원시 802.3또는 노벨 802.3- 이더넷 네트워크에서 프로토콜 스택의 작업 속도를 높이도록 설계되었습니다.
• 이더넷 스냅 802.2 위원회의 결과로 공통 표준이 되었으며 향후 가능한 필드 추가를 위해 유연해졌습니다.

오늘날 네트워크 하드웨어와 소프트웨어모든 프레임 형식으로 작업할 수 있으며 프레임 인식이 자동으로 작동하여 그 중 하나를 줄입니다. 프레임 형식은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1

802.3 / LLC 프레임

이 프레임의 헤더는 IEEE 802.3 및 802.2 프레임의 헤더 필드를 결합합니다. 802.3 표준은 다음으로 구성됩니다.

• 서문 필드- 동기 바이트 필드라고 함 - 10101010. 맨체스터 코딩에서 이 코드는 물리적 매체에서 주파수 5MHz의 신호로 수정됩니다.
• 시작 프레임 구분 기호-는 1바이트 10101011입니다. 이 필드는 다음 바이트가 프레임 헤더의 첫 번째 바이트임을 나타냅니다.
• 목적지 주소- 이 필드의 길이는 6바이트 또는 2바이트일 수 있습니다. 일반적으로 이 필드는 6바이트 MAC 주소에 사용됩니다.
• 소스 주소발신자 노드의 MAC 주소의 6 또는 2바이트를 포함하는 필드입니다. 첫 번째 비트는 항상 - 0입니다.
• 길이- 크기가 2바이트이고 프레임의 데이터 필드 길이를 포함하는 필드.
• 데이터 필드- 필드는 0에서 1500바이트까지 가능합니다. 그러나 갑자기 데이터가 46바이트 미만을 차지하면 필드가 사용됩니다. 자리 표시자필드를 46바이트로 채웁니다.
• 자리 표시자 필드- 가중치가 46바이트 미만인 경우 데이터 필드 채우기를 제공합니다. 충돌 감지 메커니즘의 올바른 작동에 필요합니다.
• 프레임 체크 시퀀스 필드- 이 필드는 4바이트 제어 합계를 포함합니다. CRC-32 알고리즘 사용 /

이 프레임은 MAC 부계층 프레임이며, 해당 데이터 필드에는 전송되는 프레임의 끝과 시작에서 플래그가 제거된 LLC 부계층 프레임이 포함됩니다.

Raw 802.3 / Novell 802.3 프레임

이 프레임은 프로토콜이었습니다. 네트워크 계층 MetWare OS에서. 그러나 이제 상위 계층 프로토콜을 식별할 필요가 없어져 LLC 프레임의 MAC 프레임에 프레임이 캡슐화되었습니다.

이더넷 DIX / 이더넷 II 프레임

이 프레임은 Ras 802.3과 유사한 구조를 가지고 있습니다. 그러나 여기에서 2바이트 길이 필드에는 프로토콜 유형 필드 할당이 있습니다. 이 프레임의 데이터 필드에 패킷을 중첩한 상위 계층 프로토콜의 유형을 나타냅니다. 이 프레임은 필드의 길이로 구분되며 값이 1500보다 작으면 길이 필드이고 크면 유형입니다.

이더넷 SNAP 프레임

프로토콜 유형 인코딩의 불일치를 제거한 결과 프레임이 나타났습니다. 이 프로토콜은 Token Ring, FDDI, 100VC-AnyLan과 같은 네트워크를 캡슐화할 때 IP 프로토콜에서도 사용됩니다. 그러나 이더넷을 통해 IP 패킷을 전송할 때 프로토콜은 이더넷 DIX 프레임을 사용합니다.

IPX 프로토콜

이 프로토콜은 네 가지 이더넷 프레임 유형을 모두 사용할 수 있습니다. LLC 필드의 유무를 확인하여 유형을 정의합니다. 또한 DSAP/SSAP 필드 뒤에 있습니다. 필드 값이 0xAA이면 SNAP 프레임이고 그렇지 않으면 802.3/LLC입니다.

이더넷의 프리앰블(7바이트) 및 초기 프레임 구분자(SFD)(1바이트) 프레임 필드는 송신 장치와 수신 장치 간의 동기화에 사용됩니다. 프레임의 처음 8바이트는 수신 노드의 주의를 끄는 데 사용됩니다. 기본적으로 처음 몇 바이트는 수신자에게 새 프레임을 수신할 준비를 하라고 알려줍니다.

대상 MAC 주소 필드

대상 MAC 주소 필드(6바이트)는 의도된 수신자의 식별자입니다. 기억할 수 있듯이 이 주소는 레이어 2에서 장치가 지정된 프레임이 자신에게 지정되고 있는지 확인하는 데 도움이 되는 데 사용됩니다. 프레임의 주소는 장치의 MAC 주소와 비교됩니다. 주소가 일치하면 장치가 프레임을 수신합니다.

소스 MAC 주소 필드

대상 MAC 주소 필드(6바이트)는 보내는 NIC 또는 프레임 인터페이스를 식별합니다. 스위치는 또한 이 주소를 사용하여 매핑 테이블에 추가합니다. 스위치의 역할은 이 섹션의 뒷부분에서 설명합니다.

필드 길이/유형

1997년 이전의 IEEE 802.3 표준의 경우 길이 필드는 프레임 데이터 필드의 정확한 길이를 지정합니다. 이것은 나중에 메시지가 올바르게 수신되었는지 확인하기 위해 FCS의 일부로 나중에 사용됩니다. 필드의 목적이 이더넷 II에서와 같이 유형을 정의하는 것이라면 유형 필드는 구현되는 프로토콜을 설명합니다.

필드의 이 두 가지 용도는 1997년 IEEE 802.3x 표준에서 공식적으로 결합되었습니다. 두 응용 프로그램이 모두 공통되었기 때문입니다. 이더넷 II 유형 필드는 현재 802.3 프레임 정의에 포함되어 있습니다. 노드가 프레임을 수신하면 길이 필드를 검사하여 그 안에 있는 상위 계층 프로토콜을 결정해야 합니다. 두 옥텟의 값이 16진수 0x0600 또는 10진수 1536보다 크거나 같으면 데이터 필드의 내용이 지정된 프로토콜 유형에 따라 디코딩됩니다. 필드 값이 0x05DC 16진수 또는 1500 십진수보다 작거나 같으면 길이 필드는 IEEE 802.3 프레임 형식의 사용을 나타내는 데 사용됩니다. 이것은 이더넷 II와 802.3 프레임을 구별합니다.

필드 데이터 및 패딩

데이터 및 패딩 필드(46 - 1500바이트)에는 상위 계층의 캡슐화된 데이터가 포함되어 있으며 이는 일반적인 계층 3 PDU(일반적으로 IPv4 패킷)입니다. 모든 프레임은 길이가 64바이트 이상이어야 합니다. 더 작은 패킷이 캡슐화되면 패딩을 사용하여 프레임 크기를 이 최소 크기로 늘립니다.

IEEE는 범용 이더넷 II 유형 목록을 유지 관리합니다.

이더넷 표준 IEEE 802.3

오늘날 가장 널리 사용되는 네트워킹 기술 표준입니다.

특징:

• 동축 케이블, 트위스트 페어, 광 케이블과 함께 작동합니다.
• 토폴로지 - 버스, 별;
• 액세스 방법 - CSMA / CD.

이더넷 네트워킹 기술의 아키텍처는 실제로 유사점과 차이점이 모두 있는 일련의 표준을 결합합니다.

이더넷 기술은 많은 Xerox PARC의 초기 프로젝트와 함께 개발되었습니다. 이더넷은 1973년 5월 22일 Robert Metcalfe가 PARC 책임자에게 이더넷 기술의 잠재력에 관한 메모를 썼을 때 발명되었다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있습니다. 그러나 Metcalfe는 몇 년 후 이 기술에 대한 법적 권리를 획득했습니다. 1976년에 그와 그의 조수인 David Boggs는 이더넷: 로컬 컴퓨터 네트워크를 위한 분산 패킷 교환이라는 소책자를 출판했습니다. Metcalfe는 1979년 Xerox를 떠나 컴퓨터와 로컬 컴퓨터를 홍보하기 위해 3Com을 설립했습니다. 컴퓨터 네트워크... 그는 DEC, Intel 및 Xerox가 협력하여 이더넷 표준(DIX)을 개발하도록 설득했습니다. 이 표준은 처음 발행되었습니다. 1980년 9월 30일.

EtherNet 기술의 추가 개발:

• 1982-1993년 10Mbps EtherNet 개발;
• 1995-1998년 고속 EtherNet 개발;
• 1998-2002년 GigaBit EtherNet 개발;
• 2003-2007년 10GigaBit EtherNet 개발;
• 2007-2010 40 및 100GigaBit EtherNet 개발;
• 2010년부터 현재까지 테라비트 이더넷 개발.

식별을 위해 매체에 대한 액세스 및 프레임 전송을 제공하는 MAC 수준에서 네트워크 인터페이스네트워크 노드는 MAC 주소라고 하는 표준화된 고유한 6바이트 주소를 사용합니다. 일반적으로 MAC 주소는 00-29-5E-3C-5B-88과 같이 대시나 콜론으로 구분된 6쌍의 16진수로 작성됩니다. 각 네트워크 어댑터에는 MAC 주소가 있습니다.

이더넷 MAC 주소 구조:

• 목적지 MAC 주소의 첫 번째 비트를 I/G(개인/그룹 또는 브로드캐스트) 비트라고 합니다. 소스 주소에서는 소스 경로 표시기라고 합니다.
• 두 번째 비트는 주소가 할당되는 방법을 결정합니다.
• 주소의 가장 중요한 세 바이트를 BIA(Burned In Address) 또는 OUI(Organizationally UniqueIdentifier)라고 합니다.
• 제조업체는 주소의 하위 3바이트 고유성에 대한 책임이 있습니다.

일부 네트워크 프로그램, 특히 wireshark는 제조업체 코드 대신 지정된 네트워크 카드의 제조업체 이름을 즉시 표시할 수 있습니다.

EtherNet 기술 프레임 형식

이더넷 네트워크에는 4가지 유형의 프레임(프레임)이 있습니다.

• 802.3 / LLC 프레임(또는 Novell 802.2 프레임),
• 원시 802.3 프레임(또는 Novell 802.3 프레임)
• 이더넷 DIX 프레임(또는 이더넷 II 프레임)
• 이더넷 SNAP 프레임.

실제로 EtherNet 장비는 최신 DIX 프레임 번호라고도 하는 EtherNet DIX 프레임이라는 하나의 프레임 형식만 사용합니다.

• 처음 두 헤더 필드는 주소용입니다.
• DA(목적지 주소) - 목적지 노드의 MAC 주소.
• SA(소스 주소) - 발신자 노드의 MAC 주소입니다. 프레임을 전달하려면 하나의 주소로 충분합니다. 대상 주소, 소스 주소가 프레임에 배치되어 프레임을 수신한 호스트가 프레임이 누구에게서 왔고 누가 프레임에 응답해야 하는지 알 수 있습니다.
• T(Type) 필드는 상위 계층 프로토콜의 조건부 코드를 포함하며, 그 데이터는 프레임의 데이터 필드에 있습니다. 예를 들어 16진수 값 08-00은 IP 천공에 해당합니다. 이 필드는 상위 계층 프로토콜과 연동할 때 프레임의 다중화 및 역다중화의 인터페이스 기능을 지원하기 위해 필요합니다.
• 데이터 필드. 사용자 데이터의 길이가 46바이트 미만이면 이 필드는 패딩 바이트로 최소 크기로 채워집니다.
• FCS(Frame Check Sequence) 필드는 4바이트 체크섬으로 구성됩니다. 이 값은 CRC-32 알고리즘을 사용하여 계산됩니다.

EtherNet DIX(II) 프레임은 EtherNet 링크 계층을 MAC 계층과 LLC 계층으로 나누는 것을 반영하지 않습니다. 해당 필드는 두 계층의 기능을 모두 지원합니다. 예를 들어 T 필드의 인터페이스 기능은 다음 기능에 속합니다. LLC 계층, 다른 모든 필드는 MAC 계층의 기능을 지원합니다.

Wireshark 네트워크 분석기를 사용하여 가로채는 패킷의 예를 사용하여 EtherNet II 프레임 형식을 고려하십시오.

MAC 주소는 제조사 코드와 인터페이스 번호로 구성되어 있기 때문에 네트워크 분석기는 즉시 제조사 코드를 제조사 이름으로 변환해 줍니다.

따라서 EtherNet 기술에서 MAC 주소는 대상 및 대상 주소 역할을 합니다.

이더넷 기술 표준

이더넷 기술의 물리적 사양에는 다음과 같은 전송 매체가 포함됩니다.

• l0Base-5 - 직경이 0.5 "(1dm = 2.54cm)인 동축 케이블, "두꺼운" 동축 케이블, 파동 임피던스 50옴.
• l0Base-2 - 0.25 "동축 케이블"이라고 하는 얇은 "동축 케이블"로 특성 임피던스가 50Ω입니다.
• l0Base-T는 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블, 카테고리 3,4,5입니다.
• l0Base-F - 광섬유 케이블.

숫자 10은 표준 데이터의 공칭 비트율, 즉 10Mbit/s를 나타내며 "Base"라는 단어는 하나의 기본 주파수에서 전송 방식입니다. 마지막 문자는 케이블 유형을 나타냅니다.

케이블은 모든 스테이션의 모노 채널로 사용되며 최대 세그먼트 길이는 500m입니다. 스테이션은 트랜시버 - 트랜시버를 통해 케이블에 연결됩니다. 트랜시버는 다음과 같이 연결됩니다. 네트워크 어댑터 AUI 인터페이스 케이블이 있는 DB-15 커넥터. 케이블을 통해 이동하는 신호를 흡수하기 위해 양쪽 끝에 터미네이터가 필요합니다.

동축 네트워크에 대한 규칙 "5-4-3":

동축 케이블 네트워크에 대한 표준은 네트워크에서 4개 이하의 리피터를 사용할 수 있으므로 5개 이하의 케이블 세그먼트를 사용할 수 있습니다. 최대 케이블 세그먼트 길이가 500m인 경우 최대 네트워크 길이가 500 * 5 = 2500m가 됩니다. 5개 세그먼트 중 3개, 즉 끝 노드가 연결된 세그먼트만 로드할 수 있습니다. 로드된 세그먼트 사이에는 언로드된 세그먼트가 있어야 합니다.

l0Base-2

케이블은 모든 스테이션의 모노 채널로 사용되며 최대 세그먼트 길이는 185m입니다. 네트워크 카드 T 커넥터가 필요하고 케이블에는 BNC 커넥터가 있어야 합니다.

5-4-3 규칙도 사용됩니다.

l0Base-T

허브를 기반으로 스타 토폴로지를 형성하고, 허브가 리피터 역할을 하며 단일 모노 채널을 ​​형성하며, 최대 세그먼트 길이는 100m입니다. 끝 노드는 두 가지를 사용하여 연결됩니다. 꼬인 쌍... 노드에서 허브로 데이터를 전송하기 위한 한 쌍은 Tx이고 허브에서 노드로 데이터를 전송하기 위한 다른 쌍은 Rx입니다.
트위스트 페어 네트워크에 대한 4개 허브 규칙:
트위스트 페어 표준은 네트워크의 두 스테이션 사이의 최대 허브 수, 즉 4를 정의합니다. 이 규칙을 "4-허브 규칙"이라고 합니다. 분명히, 두 네트워크 노드 사이에 4개 이상의 중계기가 있으면 안 되며, 연선 네트워크의 최대 직경은 5 * 100 = 500m(최대 세그먼트 길이 100m)입니다.

10Base-F

기능적으로 광케이블을 통한 이더넷은 10Base-T 네트워크와 동일한 요소로 구성됩니다.

FOIRL(Fiber Optic Inter-Repeater Link)은 이더넷을 통한 광섬유 사용을 위한 위원회의 첫 번째 802.3 표준입니다. 최대 세그먼트 길이 1000m, 최대 허브 수 4, 총 네트워크 길이 2500m 이하.

10Base-FL은 FOIRL 표준을 약간 개선한 것입니다. 최대 세그먼트 길이는 2000m이며 최대 허브 수는 4이고 최대 네트워크 길이는 2500m입니다.

10Base-FB 표준은 중계기 연결 전용입니다. 끝 노드는 이 표준을 사용하여 허브 포트에 연결할 수 없습니다. 최대 허브 수 5, 한 세그먼트의 최대 길이 2000m 및 최대 네트워크 길이 2740m.

테이블. 이더넷 물리 계층 사양 매개변수

"5-4-3" 또는 "4-허브" 규칙을 고려할 때 스위치 유형 장치의 가상 신호가 케이블을 통한 전파 경로에 나타나면 토폴로지 제약 조건의 계산은 0부터 시작합니다.

이더넷 대역폭

대역폭은 단위 시간당 네트워크를 통해 전송되는 프레임 수 또는 데이터 바이트 수로 측정됩니다. 네트워크에서 충돌이 발생하지 않으면 최대 속도최소 크기(64바이트)의 프레임 전송은 초당 14881프레임입니다. 동시에 이더넷 II 프레임에 유용한 대역폭은 5.48Mbps입니다.

최대 프레임 크기(1500바이트)에 대한 최대 프레임 속도는 초당 813프레임입니다. 유용한 대역폭은 9.76Mbps입니다.

멀티미디어 기술의 발달로 인해 통신 회선의 용량을 늘릴 필요가 생겼습니다. 이와 관련하여 1 Gbit / s의 속도로 데이터 전송을 제공하는 Gigabit Ethernet 기술이 개발되었습니다. 이 기술에서는 Fast Ethernet과 마찬가지로 Ethernet 기술과의 연속성이 유지되었습니다. 프레임 형식은 거의 변경되지 않고 그대로 유지되었습니다. 살아남았다액세스 방법 CSMA/ CD반이중 모드에서. 논리적 수준에서 코딩이 사용됩니다. 8 비/10 비... Fast Ethernet에 비해 전송 속도가 10배 빨라지기 때문에 또는그물의 지름을 다음으로 줄이십시오. 20 - 25m, 최소 프레임 길이를 늘리거나... 기가비트 이더넷 기술에서는 두 번째 경로를 선택하여 최소 프레임 길이를 512 대신 바이트 64 이더넷 및 고속 이더넷 기술의 바이트. 그물의 지름은 200 m, 패스트 이더넷에서와 같이. 프레임 길이를 늘리는 방법은 두 가지가 있습니다. 첫 번째 방법은 짧은 프레임의 데이터 필드를 금지된 코드 조합의 기호로 채우는 것과 관련되며 네트워크 오버헤드가 발생합니다. 두 번째 방법에 따르면 최대 최대 길이의 여러 짧은 프레임을 연속으로 전송할 수 있습니다. 8192 바이트.

오늘날의 기가비트 이더넷 네트워크는 일반적으로 스위치 기반이며 전이중 모드에서 작동합니다. 이 경우 네트워크의 직경이 아니라 물리적 계층의 기술적 수단, 우선 데이터 전송의 물리적 매체에 의해 결정되는 세그먼트의 길이에 대해 말합니다. 기가비트 이더넷은 다음 용도를 제공합니다.

단일 모드 광섬유 케이블; 802.3 지

다중 모드 광섬유 케이블; 802.3 지

카테고리 5 균형 UTP 케이블; 802.3 ab

동축 케이블.

광섬유 케이블을 통해 데이터를 전송할 때 파장에서 작동하는 LED 중 하나가 이미 터로 사용됩니다. 830 nm 또는 레이저 - 파장에서 1300 nm. 이 기준에 따르면 802.3 지정의된 두 가지 사양 1000 베이스- SX그리고 1000 베이스- LX... 1000Base-SX 사양의 다중 모드 62.5/125 케이블에서 구현된 최대 세그먼트 길이는 220m이고 50/125 케이블에서 구현되는 최대 세그먼트 길이는 500m 이하입니다. 단일 모드 1000Base-LX 사양에서 구현되는 최대 세그먼트 길이 ~이다 5000 m. 동축 케이블의 세그먼트 길이는 25m를 초과하지 않습니다.

기존 Category 5 Balanced UTP 케이블을 사용하기 위한 규격 개발 802.3 ab... Gigabit Ethernet 기술에서 데이터는 1000Mbit/s의 속도로 전송되어야 하고, 카테고리 5의 트위스트 페어는 100MHz의 대역폭을 가지므로 4개의 트위스트 페어를 통해 데이터를 병렬로 전송하고 UTP 카테고리 5 또는 5e를 사용하기로 결정했습니다. 125MHz의 대역폭. 따라서 각 트위스트 페어에 대해 UTP 카테고리 5e의 기능보다 2배 높은 250Mbit/s의 속도로 데이터를 전송해야 합니다. 이러한 모순을 제거하기 위해 5가지 잠재적 수준(-2, -1, 0, +1, +2)이 있는 4D-PAM5 코드가 사용됩니다. 각 전선 쌍은 각 방향에서 125Mbit/s의 속도로 데이터를 동시에 송수신합니다. 이 경우 5단계의 복잡한 모양의 신호가 형성되는 충돌이 발생합니다. 입력 및 출력 스트림의 분리는 하이브리드 디커플링 방식을 사용하여 수행됩니다. 시간(그림 5.4). 이러한 계획이 사용됨에 따라 신호 프로세서... 수신 신호를 추출하기 위해 수신기는 전체(전송 및 수신) 신호에서 자체 전송 신호를 뺍니다.

따라서 기가비트 이더넷 기술은 고속 데이터 교환을 제공하며 주로 서브넷 간의 데이터 전송 및 멀티미디어 정보 교환에 사용됩니다.

쌀. 5.4. 4쌍의 UTP 카테고리 5를 통한 데이터 전송

IEEE 802.3 표준은 광섬유 전송이 가능한 기가비트 이더넷이 백본이어야 한다고 권장합니다. 타임슬롯, 프레임 형식 및 전송은 모든 1000Mbps 버전에 공통입니다. 물리 계층은 두 가지 신호 코딩 방식에 의해 결정됩니다(그림 5.5). 계획 8 비/10 비에 의해 사용 광섬유용및 구리 차폐 케이블. 밸런스 케이블용 UTP펄스 진폭 변조가 사용됩니다(코드 팸5 ). 기술 1000 베이스- 엑스부울 코딩 사용 8 비/10 비및 라인 코딩( NRZ).

그림 5.5. 기가비트 이더넷 기술 사양

신호 NRZ단파( 짧은- 파장) 또는 장파( 긴- 파장) 광원. 의 파장을 가진 LED 850 다중 모드 광섬유(1000BASE-SX)를 통한 전송의 경우 nm. 이 저렴한 옵션은 단거리 전송에 사용됩니다. 장파 레이저 소스( 1310 nm) 단일 모드 또는 다중 모드 광섬유(1000BASE-LX)를 사용합니다. 단일 모드 파이버 레이저 소스는 최대 거리에 걸쳐 정보를 전송할 수 있습니다. 5000 중.

점대점 연결에서( 가리키다- 에게- 가리키다) 전송용( 송신) 및 리셉션( 수신), 별도의 섬유가 사용되므로, 전이중연결. 기가비트 이더넷 기술을 사용하면 단일 중계기두 역 사이. 다음은 1000BASE 기술의 매개변수입니다(표 5.2).

표 5.2

기가비트 이더넷 사양의 비교 특성

기가비트 이더넷 네트워크는 전이중 거리가 왕복 시간이 아닌 환경에 의해서만 제한되는 스위치를 중심으로 구축됩니다. 이 경우 일반적으로 토폴로지 " 별" 또는 " 확장된 별"그리고 문제는 논리적 토폴로지와 데이터 흐름에 의해 결정됩니다.

1000BASE-T 표준은 100BASE-T 및 10BASE-T 표준과 거의 동일한 UTP 케이블을 사용합니다. 1000BASE-T UTP 케이블은 카테고리 5e 케이블을 권장한다는 점을 제외하고는 10BASE-T 및 100BASE-TX 케이블과 동일합니다. 100m의 케이블 길이로 1000BASE-T 장비는 한계에서 작동합니다.