[데이터 통신과 네트워킹-TCP/IP프로토콜 기반] 4장

데이터 통신과 네트워킹-TCP/IP프로토콜 기반: 4장 근거리 통신망: LAN

4.1 이더넷

4세대를 통한 이더넷의 발전

4.1.1 표준 이더넷(10Mbps)

이더넷 프레임

7개의 필드로 구성

• 프리앰블(Preamble): 수신 시스템에 프레임이 오는 것을 알려주고 동기화되지 않은 경우 시계를 동기화할 수 있는 0과 1이 반복하는 7바이트(56비트)가 들어 있다. 경고와 타이밍 펄스만 제공
• 시작 프레임 지시기(Start frame delimiter (SFD)): 프레임의 시작을 알린다. 
• 목적지 주소(Destination address (DA)): 목적지 지국이나 패킷을 수신하는 지국의 링크층 주소를 갖는다.
• 발신지 주소(Source address (SA)): 보내는 송신자의 링크층 주소를 갖는다.
• 유형(Type): 프레임 내에 캡슐화된 패킷에 대한 상위 계층 프로토콜을 정의한다.
• 데이터(Data): 상위층의 프로토콜로부터 캡슐화된 데이터를 전달한다.
• CRC: CRC-32형태의 오류 검출 정보가 들어 있다.

 

주소 지정

• 일반적으로 각 바이트를 콜론으로 분리한 16진법 표기법으로 쓰인다.
• ex> 47 : 20 : 1B : 2E : 08 : EE

 

주소 비트의 전송

• 발신지 주소는 항상 유니캐스트 주소(unicast address)이며, 프레임이 오직 하나의 지국에서 송신됨을 의미
• 목직지 수소는  유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast),  브로드캐스트(broadcast)가 될 수 있다.
• 목적지 주소에 있는 첫 번째 바이트의 마지막 비트가 0이면 유니캐스트 주소이다.
• 첫 번째 바이트의 마지막 비트가 1이면 멀티캐스트 주소를 의미한다.
• 브로드 캐스트 주소는 멀티캐스트의 특별한 경우로써 수신자는 네트워크에 있는 모든 지국들이다.
• 목적지 브로드캐스트 주소는 48비트 모두 1의 값으로 구성된다.

유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트

 

a. 4A:30:10:21:10:1A

➡️ A를 2진수로 표현하면 1010(짝수) 이므로 유니캐스트
b. 47:20:1B:2E:08:EE

➡️ 7을 2진수로 표현하면 0111(홀수) 이므로 멀티캐스트
c. FF:FF:FF:FF:FF:FF

➡️ 모든 자릿수가 F이므로 브로드캐스트

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4.1.2 고속 이더넷(100Mbps)

자동협상(Autonegotiation)

• 지국 또는 허브에게 기능의 범위를 허용하도록 해준다.
• 2개의 장비가 동작 모드 또는 데이터율을 협상할 수 있도록 해준다.
• 비호환 장치들을 서로 연결할 수 있도록함(100Mbps와 10Mbps장비가 통신할 수 있도록 한다.)

물리층(Physical Layer)

• 고속 이더넷은 2개 이상의 지국이 연결되도록 구성
• 2개면 점-대-점
• 3개 이상의 지국은 허브나 스위치를 중앙에 위치시킨 성형 접속형태

고속 이더넷 접속 형태

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4.1.3 기가비트 이더넷(1000Mbps)

전이중 모드(Full-Duplex Mode)

• 교환기 간 충돌이 발생하지 않고 동시에 데이터 교환이 가능

반이중 모드(Half-Duplex Mode)

• 교환기 간 양방향 통신은 가능하지만 동시에 데이터 교환은 불가능
• 거의 사용 안함

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4.1.4 10기가비트 이더넷

• 이더넷을 LAN이나 MAN(도시통신망, )에서 사용할 수 있도록 하는것

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4.2 WIFI, IEEE 802.11 프로젝트

• IEEE에서 IEEE 802.11 이라는 무선 LAN에 대한 규격을 정의
• 물리층과 데이터 링크를 포함
• 무선 이더넷(wireless Ethernet), 무선 LAN, WiFi(wireless fidelity)라고 불림

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4.2.2 MAC 부계층

CSMA/CA와 NAV

 

1. 채널 감지 및 RTS 전송:
   송신 스테이션은 매체의 에너지 수준을 감지하여 채널이 비어 있는지 확인합니다. 채널이 비어 있으면 DCF 인터프레임 간격(DIFS) 동안 대기 후 RTS(Request to Send) 제어 프레임을 전송합니다.
2. CTS 수신:
   수신 스테이션은 SIFS(Short Interframe Space) 동안 대기한 뒤, CTS(Clear to Send) 제어 프레임을 송신 스테이션으로 전송하여 데이터를 받을 준비가 되었음을 알립니다.
3. 데이터 전송:
   송신 스테이션은 SIFS 시간 동안 대기 후 데이터를 전송합니다.
4. ACK 전송:
   수신 스테이션은 SIFS 시간 동안 대기 후, 데이터가 성공적으로 도착했음을 나타내는 ACK(Acknowledgment) 프레임을 송신 스테이션으로 전송합니다.

 

 

네트워크 할당 벡터(NAV, Network Allocation Vector):

1. NAV의 역할:
   • 한 스테이션이 RTS(Request to Send) 프레임을 전송하면, 채널을 점유할 시간(Duration)을 포함.
   • 이를 수신한 다른 스테이션들은 NAV(Network Allocation Vector) 타이머를 설정하여 해당 시간이 만료될 때까지 채널 점검을 보류.
   • 모든 스테이션은 물리 매체가 유휴 상태인지 확인하기 전에 NAV가 만료되었는지 확인.

핸드셰이킹 동안의 충돌(Collision During Handshaking):

• 충돌 발생 시 처리:
  • RTS 또는 CTS(Clear to Send) 프레임이 충돌할 수 있으며, 이는 주로 두 개 이상의 스테이션이 동시에 RTS 프레임을 전송할 때 발생.
  • 송신자는 CTS 프레임을 수신하지 못하면 충돌이 발생했다고 가정하고 백오프(backoff) 전략을 사용하여 다시 시도.

숨겨진 지국 문제(Hidden-Station):

• RTS와 CTS 프레임을 사용하여 해결:
  • RTS 프레임은 일부 스테이션에 도달하지 못할 수 있으나, CTS 프레임은 수신 스테이션의 범위 내 모든 스테이션에 도달.
  • CTS 프레임에는 데이터 전송 기간(Duration)이 포함되어 있어 다른 스테이션(C 등)은 해당 기간 동안 전송을 중단.

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4.2.3 주소 체계

노출된 지국 문제(Exposed-Station Problem)

노출된 지국 문제

• 지국 A는 지국 B에 전송 중이다. 지국 C는 A와 B 사이의 전송에 방해 없이 전송할 수 있는, 지국 D에 보낼 데이터를 가지고 있다. 그러나 지국 C는 A의 전송에 노출되어 있다. 
• 지국 C는 A의 RTS를 감지하고, A와 C 사이의 구역에서 C와 D 사이의 통신이 충동을 일으키지 않음에도 송신을 자제한다.
• 지국 C는 지국 A의 전송이 C와 D 사이의 구역에 영향을 주지 않는다는 것을 알지 못한다.

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4.3 블루투스(BLUETOOTH)

• 블루투스는 서로 짧은 거리에 있을 때 전화기, 노트북, 컴퓨터, 프린터 등과 같은 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기위해 설계된 무선 LAN 기술이다.

4.3.1 구조

• 블루투스는 피코넷(Piconet)과 스캐터넷(scatternet)이라는 두 가지 네트워크 유형을 정의하고 있다.

피코넷 (Piconet)

피코넷

• 블루투스 네트워크는 피코넷 또는 작은 네트워크라고 불린다.
• 피코넷은 지국을 8개까지 가질 수 있다.
• 그 중 하나는 주국(primary), 나머지는 종국(secondary)라고 부른다.
• 모든 종국은 클록과 도약 주파수를 주국과 동기화시킨다.
• 오직 하나의 주국만 가질 수 있다.
• 주국과 종국의 통신은 일-대-일, 일-대-다로 이루어진다.
• 종국이 머무르는 상태(parked state)에 있을 수 있다.
• 머무르는 상태에 있는 종국은 주국과 동기화되지만, 머무르는 상태에서 활성화 상태로 변경되기 전까지는 통신에 참여할 수 없다.➡️ 오직 8개의 지국만 피코넷에서 활동가능

스캐터넷(scatternet)

스캐터넷

• 피코넷은 스캐터넷을 형성하기 위해 합칠 수 있다.
• 한 피코넷 안에 종국은 다른 피코넷에서 주국이 될 수 있다.
• 이 지국은 첫 번째 피코넷에서 종국으로써 주국으로부터 메시지를 받을 수 있다.
• 두 번째 피코넷에서는 주국으로 동작함으로써 종국에게 그 메시지를 전달할 수 있다.
• 한 지국이 두 피코넷에 참가할 수 있다.