이더넷

이더넷(Ethernet)은 컴퓨터 네트워크 기술의 하나로, 랜(LAN)에서 가장 많이 사용되는 기술이다. 이더넷 기술은 대부분 IEEE 802.3 규약으로 표준화되었다. 이더넷 허브, 이더넷 스위치 등의 장비가 있다.

개요

이더넷이라는 이름은 에테르(ether)라는 빛의 매질에서 유래하였다. 이더넷은 OSI 모델의 1계층인 물리 계층과 2계층인 데이터링크 계층에서 사용되며, 일반적으로 동축 케이블이나 비 차폐 연선을 사용한다. 분산형 제어라고도 하며, 여러 대의 컴퓨터가 통신 회선을 공유하기 때문에 안정적이면서도 효율적인 통신 기능을 보여준다. 이더넷의 전송 매체에는 BNC 케이블, UTP 케이블 등을 사용하며, 기기들을 연결 시키는 데에는 허브, 스위치 등이 있다.

역사

이더넷의 시작은 하와이 섬들을 연결하는 무선 통신 시스템인 ALOHA(Additive Links On-Line Hawaii Area) 시스템이다. 이더넷에 대한 아이디어는 멧 칼프가 쓴 글에서 처음으로 밝혀졌으며, 몇 년이 지나 실제로 이더넷이 개발되었다.

특징

이더넷은 4가지 측면에서의 특징을 가지고 있는데 바로 비연결성, 비신뢰성, 단순함, 부호화 방식이다. 먼저 비연결성이란 통신을 하기 전에 사전 연결이 없어도 데이터를 교환할 수 있다는 것이다. 목적지를 향해 주소를 포함한 프레임을 전송하고, 프레임에 손실이 발생하여 폐기되면, 수신 측에서 이를 검토하여 송신 측에 재전송을 요청하는 방식이다. 비신뢰성은 프레임이 전송 중에 손상이 되어도 이를 발견하고 프레임을 폐기한 다음, 재전송하는 등의 오류제어는 이더넷보다 상위 수준에 있는 프로토콜이 수행한다는 것이다. 단순함이란, 이더넷은 매체접근 기능이 NIC(Network Interface Card)에 집중되며, 버스 같은 중앙집중식의 구성을 통해 단순화하여 제어방식을 최소화 시킨다는 것으로, 경제적인 측면에서 유리하다. 부호화 방식은 10메가비피에스 이더넷에서 맨체스터 방식을 사용하는 것이다. 맨체스터 방식은 신뢰성이 높으나 전송률을 높이기에는 부적합한데, 전송속도가 향상됨에 따라 100메가비피에스 이더넷부터는 4B/5B 등의 부호화 방식을 사용한다.

설명

이더넷은 네트워킹의 한 방식으로, 네트워크를 만드는 방법중에 하나다. 이더넷의 특징 중 하나를 꼽자면 CSMA/CD(carrier sense multiple access with collision detection) 기술이라 할 수 있다. 이더넷 외의 네트워킹 방식으로는 토큰링(Token-Ring) 방식과 FDDI 방식 등이 있다. OSI 모델의 물리 계층에서 신호와 배선, 데이터 링크 계층에서는 MAC 패킷과 프로토콜의 형식을 정의한다. 또한, 네트워크에 연결된 기기들이 48비트 길이의 MAC 주소를 가지고 상호 간에 데이터를 주고받을 수 있도록 설계되었으며, 미국전기전자기술자협회(IEEE)의 표준 방식의 하나로서 채용되었다.

표준 규격

표준 규격이란 통신이 가능한 랜선의 데이터 전송 속도를 정의한 것을 말한다. 가장 많이 사용하는 규격은 3가지 종류가 있는데, 그중 첫 번째는 1000BASE-T로, 전송속도는 최대 1기가비피에스(1Gbps)이며 속도는 각각의 케이블 속도에 관계되며, 100BASE-TX 케이블을 연결할 경우 100메가비피에스(100Mbps) 이하가 된다. 두 번째는 100BASE-TX로, 전송속도는 최대 100메가비피에스이고, 1000BASE-T와 10BASE-T 케이블에 연결할 수 있다. 10BASE-T는 10메가비피에스 이하가 된다. 마지막은 10BASE-T로, 10메가비피에스 속도를 가지고 있으며, 위의 두 케이블 모두 연결이 가능하지만, 속도는 모두 10메가비피에스 이하가 된다.

장점과 단점

이더넷의 장점은 3가지 정도가 있다. 먼저, 적은 용량의 데이터를 전송할 경우 성능이 우수하다는 점이고, 두 번째는 설치 비용이 저렴하고 관리가 쉽다는 점이다. 마지막은 네트워크의 구조가 단순하다는 점이다. 단점도 3가지를 뽑을 수 있는데, 네트워크 사용 시에 신호 때문에 충돌이 발생한다는 점과 충돌이 발생하면 네트워크에서 지연이 발생한다는 점, 시스템의 부하가 증가하면 충돌도 계속적으로 증가한다는 점이다.

CSMA/CD

CSMA/CD란 이더넷에 사용되는 기술로서, 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지 기술이다. 각 기기가 신호 전송을 위해 전송 공유매체에 규칙 있게 접근하기 위한 매체 엑세스 제어방식이다.

특징

반송파를 감지하는 기법을 사용하며, OSI 2계층에 속하지만, 프로토콜은 아니다. 랜과 같이 많은 사용자가 하나의 회선에 동시에 접속할 경우 신호가 겹쳐져 손상 또는 소실이 발생할 가능성이 있다. 이 기술은 IEEE 802.3으로 표준화되었으며, 이더넷과 같은 이름으로 불리기도 한다.

충돌 윈도우

CSMA/CD에서 충돌 윈도우(Cpllision window)는 그 크기에 따라 랜 세그먼트의 길이와 함께 최소 프레임 크기가 정해진다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. 두 컴퓨터가 동시에 데이터 전송을 시도할 때에 충돌이 발생하게 된다면, 충돌이 발생하였다는 사실을 각 컴퓨터가 반드시 알 수 있어야 한다. 이때 사용되는 개념을 충돌 윈도우라고 한다. 가장 멀리 떨어져 있는 두 컴퓨터 사이의 신호 전송시간을 t라고 가정할 때, 어느 특정한 시점에서 하나의 컴퓨터가 전송을 시작할 때, 이 컴퓨터에서 가장 먼 거리에 있는 다른 컴퓨터가 앞선 컴퓨터로부터 신호를 수신하기 전에 전송을 시작했다면, 두 번째 컴퓨터는 전송 직후에 아주 짧은 순간에 충돌을 감지하고 다른 모든 컴퓨터에 신호를 보낸다. 하지만, 첫 번째 컴퓨터에서는 2t의 시간이 흐른 뒤에 이 사실을 알 수 있다. 만약 첫 번째 컴퓨터가 아주 짧은 프레임을 2t 시간 내에 전송하였다면, 이 컴퓨터는 프레임이 충돌 없이 전송되었다고 판단할 것이다. 이런 현상을 방지하기 위하여 CSMA/CD에서는 최소 전송 프레임의 길이를 전송 프레임의 첫 비트가 케이블 전체에 전파되는 시간의 두 배 이상은 되어야 한다고 정하였다. 다시 말하면, 충돌 윈도우는 각각의 컴퓨터에서 데이터를 전송한 뒤에 충돌을 감지하는 데까지 걸리는 시간을 뜻하며, 802.3에서는 최대 랜 세그먼트의 길이가 2,500미터로 규정되어있기에 프레임은 51.2us(64비트) 만큼의 전송 시간은 가져야 한다.

채널 획득 방법

CSMA/CD의 채널 획득방식에는 총 3가지가 있다. 1-persistent 방식은 충돌되지 않는 확률인 1을 가지고 사용 중이지 않다는 것을 감지하게 되면, 매체에 바로 접근하여 데이터 프레임을 송출하는 방식이다. 이 방식은 충돌위험이 제일 높으며, 채널 사용률이 낮지만, 대기시간은 짧다는 장점이 있다. Non-persistent 방식은 충돌 확률이 100%라고 가정하여 사용 중이지 않은 것이 감지되더라도 일정 시간을 기다린 후에 접근하는 방식이다. 충돌 위험이 적어진다는 장점이 있으나, 대기 시간이 길어짐에 따른 회선 효율이 떨어진다. p-persistent 방식은 사용 중이지 않은 것이 감지되면 전체 확률에서 p 확률 만큼 충돌되지 않을 것으로 판단하고 매체에 접근하는데 여기서 q(전체확률-p)는 단위시간만큼 기다린 후에 매체에 접근하는 방식이다. 충돌을 줄이고 대기시간을 줄이려는 위의 두 방식의 타협안이다.

작동 방식

컴퓨터가 이더넷 네트워크를 사용하는 경우라면 6가지의 과정을 거치게 된다. 먼저, 현재 네트워크 위에 흐르고 있는 데이터가 있는지를 검사하고 다른 데이터가 전송 중이라면 사용할 수 있을 때까지 기다리거나 전송을 시작한다. 여러 컴퓨터에서 동시에 전송을 시작하여 충돌이 발생할 경우(이 경우를 Multiple Access 라고 한다.), 최소 패킷 시간 동안 전송을 지속하여 다른 컴퓨터에게 충돌을 알린다. 그런 다음, 일정 시간의 대기 후에 반송파를 감지하고, 네트워크 사용자가 없으면 전송을 다시 시작한다. 전송이 끝나면 상위 계층에 전송의 종료를 알리고 끝내며, 만약, 여러 번 시도함에도 불구하고 실패하면 이를 상위 계층에 알리고 종료한다.