Ethernet 3

 3. 이더넷의 기술적 사항

  • MAC 계층 구성
    • MAC driver (ODI/NDIS/Packet)
    • MAC controller
    • 송수신용 frame buffer (shared local memory)


  • MAC 계층 기능
    • MAC Frame 구성
    • Carrier Sense 감지
    • Collision Detection 감지
    • Collision 감지시 jam 신호 송신
    • CRC 검사 및 생성
    • 재전송동작
    • MAC Frame 에서 DATA 부분 추출

(1) CSMA/CD

<CSMA/CD Parameters>

  • bit time
    • cable 상에서 1 bit 가 송신되는 시간 (1 bit time)
    • 10 Mbps : 1bit/10 Mhz = 0.1 us (= 100 ns) (us는 microsecond 임)
  • slot time (=collision window)
    • Preamble의 첫 bit이 송신된 시간부터 충돌사실이 감지되어 전송을 중지 할수 있는 충분한 시간을 말한다.
    • 4개의 repeater로 연결된 2.5 Km 의 Ethernet 에서 slot time : 512 bit time (=51.2 us)
    • slot time 은 Frame의 최소길이를 규정한다.
      규정하지 않을 경우       MAC 에서 처리해야할 재전송이 상위계층으로 책임이 옮겨 져 응용계층작업이 느려지는데, 이것을 방지하기 위함이다. (최소 MAC 재전송 시간은 IFG 시간인 9.6 us이다.)
    • 최악의 경우인 slot time 동안에 충돌사실을 송신node에서 알때까지, 이 frame의 송신이 완료되지 않도록 보장하는 최소 Frame 길이 규정 (64 bytes = 512 bits)
  • InterFrameGap(IFG) time
    • 송신을 무사히 완료한 DTE라 할지라도 다음 Frame을 연속적으로 전송하지 못 하고 96 bit time (= 9.6 us) 대기후 다시 전송가능
    • 채널 독점현상 방지 (IFG 로 인해, 같은 조건에서 idle을 감지하여 송신시도)
  • backoff algorithm
    • 충돌이 일어나고jam 이 발생한후 채널 idle
    • 재전송 간격을 truncated binary exponential backoff 로 결정
    • Random하게 결정된 정수값 r slot time만큼 대기후 재전송
  • Jamming size ( 32 bits의 random 한 bit열 (실제 32개의 '1'))
    • 충돌현상의 발생을 강제로 알리기 위한 신호
    • 적은 bit의 충돌시 감쇄가 생겨 제대로 충돌을 알리지 못하는 경우를 방지

< CSMA/CD 방식 >

  • 송신측
    1. MAC Frame 준비후 carrier 검사
      • busy : idle할때까지 carrier를 계속 검사
      • idle : interframe gap 시간인 9.6 us 대기후 전송
    2. 전송중 충돌 감지
      • Preamble / SFD 부분 전송중 충돌 : 이 부분의 송신을 완료한후 jam 신호송신
      • 나머지 전송중 충돌 : 즉시 전송을 중지한 뒤 jam 신호를 3.2 us 동안 송신
    3. 재전송 시도
      • 총전송횟수가 16회 초과 : 상위계층에 재전송시도 초과오류를 보고
      • 이하 : backoff time 동안 대기한후 재전송 시도
  • 수신측
    1. 수신 비트열로부터 SFD 부분을 감지하여, 그이후 영역부터 DATA 까지 NIC의 shared memory (수신버퍼)에 byte 단위로 저장하면서, 프레임의 길이, DA, CRC의 계산을 동시에 수행
      • Frame의 최대/최소 길이에 어긋나거나
      • DA가 자신의 주소가 아닌경우
      • FCS 가 틀린경우, Frame을 버린다.
    2. 정상적으로 완료
      • MAC driver는 Type을 참조하여, 적합한 상위계층으로 정보영역만을 전달

(2) Frame 구성

  • DIX 2.0 Ethernet Frame Format
  • IEEE 802.3 Frame Format

  1. Preamble
    • 송신측과 수신측간의 송/수신 속도를 일치시키기 위한 bit synchronization
    • 10101010이 7회 연속 반복되는 56비트로 구성
  2. SFD (Start of Frame Delimiter)
    • frame비트열에서 byte 단위를 식별하는 byte동기
    • 정상적인 프레임의 내용이 시작된다는 사실을 알려주는 frame 동기
    • 10101011의 8비트로 구성
    • Preamble 및 SFD는 모두 MAC controller chip에서 만들어진다.
  3. DA (Destination Address)

    - Block ID (OUI = Organizationally Unique Identifier)

    • NIC 제조회사를 식별하는 code
    • 송신시 각 byte 의 LSB 부터 송신
    • LSB : 0 - 하나의 목적지 스테이션 ( Address Resolution 된 경우)
    • LSB : 1 - Multicast Address
    • 모든 bits 가 1 : Broadcast (ARP,RARP에 사용)
    • Promiscuous Mode : 각 스테이션은 Frame의 DA 에 상관없이 모든 종류의 Frame를 수신할수 있도록 설정가능 ( Network Analyzer)
  4. SA (Source Address)
    • NIC 의 ROM에 자신의 Ethernet address 기록
    • MAC controller 가 초기화될 때, ROM으로 부터 주소를 읽어 내부의 register에 저장하고 있다가, frame의 송신시 이 값을 읽어 SA영역에 자동 삽입

   5.   Type 또는 Length

   1. DIX 2.0 의 Type : 상위계층 protocol 표시
   2. IEEE 802.3 의 Length : DATA (Pad포함) 영역의 길이
  3. 두가지 Frame 형식을 Autodetect 하기 위해 기준설정

       1. DIX 2.0 Type : 0x0600 이상
       2. IEEE 802.3 : 0x0600 미만

 

Type (Length)

Protocol

Type (Length)

Protocol

0000 - 05dc

IEEE 802.3 길이 영역

0806

ARP

0600

XNS IDP

8035

RARP

0800

IP

8137

Netware IPX

0805

X.25 PLP

8191

NetBIOS

 

Data와 Pad

Data가 최소길이제한인 46bytes보다 작을때, 그 차이만큼 Pad추가 (0으로 채워짐)

CRC ( Cyclic Redundancy Check = FCS )

   1. Preamble과 SFD 제외
   2.  DA + SA + Length + DATA(Pad) 영역의 계산
   3. MAC controller는 Frame을 송신하면서 동시에 CRC 계산한후 DATA 뒤에 추가
   4. 수신쪽 MAC controller 도 수신하면서 동시에 CRC 계산한후 수신된 CRC 가 일치하는 지를
      검사하고, 틀리면 버린다.

< 수신된 MAC Frame의 Demultiplexing >


  1. DSAP 의 값에 따라, LLC의 정보영역을 어느 상위 protocol로 보낼지를 결정

    DSAP

    Protocol

    DSAP

    Protocol

    06

    IP

    E0

    Netware IPX

    42

    BPDU

    F0

    NetBIOS

    7E

    X.25 PLP

    FF

    Global SAP

    80

    XNS

    AA

    IEEE SNAP
  2. 문제점 발생
    • DSAP 의 크기가 1byte 이고, 이중에서 7 bits만 사용할수 있으므로, 지원 protocol의 수가 120여개 밖에 안된다.


  3. IEEE 802.2 SNAP 출현 (SubNetwork Access Protocol)
    • DIX 2.0 Frame 의 Type 의 갯수만큼 protocol을 지원하기 위해 만듬
    • OUI (3 bytes) : NIC 제조회사를 식별하는code (현재는 대부분 0x000000)
    • PID (Protocol Identifier) - 실제적으로 상위 protocol을 지정하는 부분으로 DIX 2.0 Frame의 Type 영역과 같은 역할


  4. IEEE 802.3 Demultiplexing 정리 (상위의 protocol로 전달하기위한 방법)
    1. 수신된 Ethernet Frame의 Type(Length) 값 확인
      -> 값이 0x0600 이상이면, DIX 2.0 Type 으로 인식
    2. Type(Length)값이 0x0600 미만이면, IEEE 802.3 Length 로 인식
    3. 802.2 LLC 확인
    4. LLC 의 DSAP 가 0xAA 이면, 다시 SNAP 확인
      -> SNAP 의 OUI 값이 0x0080C2 이면, PID 에 따라 MAC Bridge에서 사용
    5. SNAP의 OUI 값이 0x000000이면, SNAP PID를 확인하여 해당 protocol로 Demultiplexing (DIX 2.0 Type 의 값과 같다)
       

*** Ethernet 3 ***

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