Introduction to Ethernet and CSMA/CD

1. Introduction to Ethernet

1) Introduction to Ethernet

• Ethernet 프로토콜은 'MAC'이라는 주소(식별자)를 사용
• CSMA/CD 방식을 기반으로 동작
• 버스형 토폴로지를 사용
  
  • 장점 : 트래픽 제어 간단, 비용 저렴, 확장 용이
  • 단점 : TS가 복잡, 병목현상 가능성 존재

 

2) MAC(Media Access Control)

• IEEE 802에 속해있는 Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth 등에서 통신을 위한 Data-Link Layer의 주소(식별자)로 사용
• Data Link Layer 기반의 통신을 하기 위해 설계가 되었으므로 동일 Broadcast Domain 내에서만 유일하게 존재하면 통신 가능
• 6byte(48bit)로 'EUI 48'형태로 규격화되어 사용하며 16진수로 표시
  
  • 앞 3byte : 제조사를 구분하는 역할(24bit 중 앞 8bit는 예약)
  • 뒤 3byte : 제품의 일련번호 역할

 

3) MAC Address Format

• AABB.CCDD.EEFF
• AA:BB:CC:DD:EE:FF
• AA-BB-CC-DD-EE-FF

 

 

2. Introduction to CSMA/CD

• Ethernet의 기본적인 통신 원리
• 데이터 전송 후에 충돌을 감지하여 충돌 발생 시, 일정 시간 이후 재전송하는 방식

1) CS(Carrier Sense)

• 데이터 송신 전, 네트워크에서 다른 데이터가 송신되고 있는지 신호를 보내어 확인
  
  • Idle State일 시, 전송 시도
  • Busy State일 시, 대기

 

2) MA(Multiple Access)

• 'Multi-Access'라는 네트워크 환경

 

3) CD(Collision Detection)

• 데이터 충돌 시 모든 단말로 JAM 신호를 보내어 충돌되었음을 통보
  
  • JAM 신호 : 32~48bit
  • 충돌 발생 시 'Backoff' 시간이 약 2배씩 증가
• 충돌 발생 시, 최대 15회 재전송을 시도하며 15회째 재전송도 실패할 경우 Frame 전송을 포기

 

 

3. CSMA/CD 동작 과정

1) CSMA/CD 동작 과정

 

 

4. CSMA/CD 문제점(Ethernet Frame Minimum Size)

1) CSMA/CD 문제점(Ethernet Frame Minimum Size)

• 예전 CSMA/CD 개발 시, 문제가 발생하여 위와 같은 구성으로 정의
  
  • 증폭기 최대 4대(신호 감쇠를 해결할 수 있지만 간섭 즉, Noise는 해결 불가)
  • 케이블 최대 5개(케이블은 10 Base5를 기준으로 정하며 케이블당 최대 500m로 지정)

 

• CSMA/CD는 Collision 발생 시, JAM 신호를 전송하여 충돌 사실을 통보

 

• 실제 1번째 데이터가 충돌되었지만, 2번째 데이터 송신 후에 JAM 신호 수신 시, 2번째 데이터가 충돌된 것으로 판단
• 프레임을 송신할 때 목적지에 도착할 때까지 프레임을 계속 송신해야 문제 미발생

 

• 위와 같은 문제 때문에 하나의 데이터가 왕복하는 시간 동안 하나의 데이터만 송신
• 'Propagation Delay'라는 개념을 사용
  
  • Bit 1개당 다음 장비까지 가기 위한 시간
  • 10Base5 기준 1㎲ 동안 200M 이동 가능
  • Repeater가 신호를 증폭시켜 데이터를 전달하는데 3㎲ 소요
  • 25㎲(Cable) + 24㎲(Repeater) = 49㎲
  • 10Base5 기준 49㎲ 동안 490bit 송신 가능
  • 최소 Frame Size가 490bit보다 커야 해당 문제 미발생
• Cable 및 Repeater의 상태에 따라 Delay가 커질 수 있어 490bit 보다 약간 큰 값인 512bit(64byte)를 최소 Frame Size로 지정