제 III 부 데이터 통신망

제 13 장 근거리 통신망

13.1 개요

* 빌딩 내 혹은 근접 거리의 빌딩들로 한정되어지는 영역 내에서 컴퓨터 기반의 DTE를 상호 접속 하여 이들간에 통신 기능을 제공한다.

* 1978년부터 개념이 도입되어 연구가 시작되었다.

* LAN을 필요로 하는 기관(조직)에서 자체적으로 설치하고 운영하므로 사설 데 이터 통신망(Private Data Network)이라 할 수 있다.

* 공중 통신망(Public network)에 비해 비교적 단거리에서 동작하므로 상대적으 로 높은 데이터 전송률이 가능하지만 운용 및 관리기능은 공중 통신망에 비해 취약하다.

* [그림 13.1]은 LAN을 각 분류 항목으로 구분한 것이다.

* LAN형상에는 버스(bus), 링(ring), 트리(tree), 스타(star)형이 있다.[그림 13.2]

* 버스 형샹에서 호스트의 장애는 네트워크 전체에 큰 영향을 끼치지 않지만 링 형상에서는 심각한 영향을 주므로 링 형상의 LAN에서는 이에 대한 관리 (managememt)기능이 필요하다.

* LAN의 전송 매체로는 2/4 wire, 꼬임선(twisted pair), 동축 케이블, 광 화이버 등이 사용된다.[그림 13.3]

* Twisted pair와 동축 케이블은 광 화이버에 비해 호스트와 케이블과의 직접 연 결(Tapping)이 용이하다.

* Tapping은 [그림 13.4]와 같이 호스트가 신호선상의 신호를 수신하고 또한 신 호선을 통해 신호를 송신할 수 있도록 호스트를 신호선에 접속시키는 것을 말 한다.

* 광 화이버는 tapping이 어려워서 버스형 접속 보다는 점대점(Point-to-point)접 속에 더욱 적합하다. 따라서, 링 형상의 LAN에 많이 사용된다.

* 광 화이버를 상호 연결하는 것을 splicing이라 한다.

13.2 프로토콜 구조

* LAN의 프로토콜은 IEEE 802 위원회에서 제정한 프로토콜을 주로 사용하고 있다.

* LLC(Logical Link Control)계층, MAC(Medium Access Control) 계층, 물리 (Physical)계층으로 구성된다.[그림 13.5]

* LLC와 MAC은 OS17 계층의 데이터 링크 계층에 해당된다.

* 몰리 계층의 기능은 다양한 전송 매체를 통한 비트 열의 전송 기능을 담당한 다.

* MAC 계층은 하나의 전송 매체를 다수의 호스트가 공유하는 LAN의 특징적 상황에서 호스트간에 전송 기회를 공평히 부여하고(fairness) 하나 이상의 호스 트가 동시에 데이터를 전송함으로서 발생되는 충돌

(contention) 현상을 제어하는 기능을 수행한다.

* LLC 계층은 LAN의 종류에 관계없이 상위 계층으로 부터 수신한 데이터의 신 뢰성 있는 전달 기능을 담당한다.

* [표13.1]은 LAN의 종류 및 관련 표준이다.

[표 13.1] LAN 표준

IEEE 802.2 Logical link control
IEEE 802.3 CSMA/CD	IEEE 802.4 Token bus	IEEE 802.5 Tlken ring	IEEE 802.6 DQDB	IEEE 802.9 IVD	IEEE 802.11 Wireless
802.3물리기능	802.4물리기능	802.5물리기능	802.6물리기능	802.9물리기능	802.11물리기능

13.3 매체 접근 제어(MAC)

* 하나의 전송 매체를 다수의 호스트가 공유하여 통신 하는 경우 전송 매체가 다 수의 호스트 간에 적절히 접근(access)되고 공평하게 사용되게 하는 기능을 의 미한다.

* LAN의 형상에 따라 적합한 매체 접근 제어 기능이 사용된다.

# 버스 형상 : Carrier/sense-multiple-access with cllision detection(CSMA/CD)

# 링 혹은 버스 형상 : 제어 토큰(control token)방식

13.3.1 CSMA/CD

(1) 동작

* 송신을 원하는 호스트는 송신하기 전에 다른 호스트가 채널을 사용하고 있는 지를 조사한다.

* 만일 채널이 빈 상태이면 전송을 시작하고 채널이 사용 중 이면 계속적으로 감시하고 있다가 빈 상태가 감지되는 즉시 전송한다.

* 전송하는 동안 계속적으로 채널을 감시하여 전송 중인 데이터에 충돌이 발생 되는지를 조사한다.(충돌 발생은 정상적인 데이터 송수신 시 적용되는 전압 레벨보다 훨씬 높은 레벨의 검출로 인지한다.)

* 만일 충돌이 감지되면 전송은 즉각 중지되고 충돌을 알리는 jam 신호를 전 송한다.(Jam 신호는 32 비터에서 48비트의 길이를 갖는 툭수한 프레임.)

* Jam신호 송신 후 일정 시간 후에 재전송을 시도하는데 이 시간은 충돌이 재 발되는 것의 방지하도록 설계된 대기(waiting)프로토콜에 의해 결정된다.

* 대기 프로토콜

# 일명, truncated binary exponential backoff라고 한다.

# n번째 시도에 대한 대기 시간은 64 바이트를 송신하는데 소요되는 슬롯 (slot)시간의 I배로 주어지며 I는 집합 {0, 1, 2, ... ,2k-1}, k = min(n,10)중 랜덤하게 선택되는 숫자 하나이다.

# 10번의 시도가 실패한 경우는 더 이상 기다리는 시간을 증가하지 않으며 16번까지 실패한 경우는 오류 상황으로 판단하여 이를 장치의 관리부에 알린다.

* [그림 13.6]은 이상의 과정을 도

식화 한 것이다.

* CSMA/CD의 매체 접근 제어 기능은 송신하는 동안 송신한 내용의 충돌 여 부를 인지함을 근간으로 한다. 이러한 조건은 송신 프레임에 대한 최소 길이 의 제약으로 나타난다. 네트워크사으이 가장 멀리 떨어진 호스트간에 통신이 이루어지고 있는 경우 [그림13.7]과 같이 송신한 데이터가 착신지에 거의 다 도달해서 충돌이 일어났다면 충돌된 신호가 다시 발신 호스트까지 돌아와서 충돌이 인식되기까지는 두 호스트간의 전송 시간의 2배가 된다.

* 따라서, 발신 호스트는 최소한 이 시간 동안은 계속해서 패킷을 송신하여야 만 송신중에 자신이 송신한 패킷에 대한 충돌 여부를 알 수 있으므로 전송 패킷의 슬롯 타임은 최소한 가장 먼 호스트간의 전송 시간의 2배가 되어야 하고 이는 최소한의 패킷 길이에 대한 요구 조건으로 나타난다.

*실제의 슬롯 타임은 가장 먼 호스트간의 전송 시간의 2배에 여유 시간(gap 타임)을 더한 값으로 설정되어 슬롯 타임은 512 비트이고 gap타임은 96 비트 로 설정된다.

(2) 프레임 형태[그림 13.8]

* PA는 수신부로 하여금 비트 동기(*노트참고)를 확립하는데 사용되는 특정한 형태의 비트 열(10101010)로서 동일한 형태가 7번 반복한다. 수신부가 비트 동기를 확립하기 위해서는 수신되는 신호에 천이(transition)가 충분히 발생 되어야 한며 PA비트 열은 이러한 조건을 만족한다. 후에 기술되지만 CSMA/CD LAN에서는 멘제스터 코딩 방식([그림 13.9])을 사용하여 신호를 코딩하는데 이 방식은 비트 값이 1이건 0이건 반드시 천이가 발생된다.

* SD는 프레임의 시작을 수신 장치에 알리는 용도로 사용(*노트 : 프레임 동 기 참조)되며 사용되는 값은 10101011이다.

* DA는 목적지 주소를 의미하며 최상위 비트가 0이면 개별적 주소를 나타내 고 1이면 그룹 조소를 나타낸다. 특히, 값이 모두 이진 값 1을 갖는 경우는 네트워크상의 모든 호스트를 목적지로 갖는 방송 주소를 의미한다.

* SA는 발신지 주소를 나타낸다.

* LI는 프레임의 데이터 부분의 길이를 나타내며 단위 옥텟이다.

* FCS는 전송 도중 발생한 오류를 검사하기 위한 필드이다.

(3) 종류

* [표13.2]는 CSMA/CD를 MAC 프로트콜로 사용하는 LAN의 종류이다.

* 각 LAN의 이름에 붙여지는 첫 번 째 수인 10혹은 1은 10Mbps 혹은 1 Mbps의 전송속도를 의미하고 BASE 및 BROAD는 각각 Manchester 코딩 방식의 베이스 밴드 전송방식과 DPSK(Differential Phase Shift Keying)코딩 방식의 브로드밴드 전송방식을 의미한다. 끝의 숫자인 5,2,36은 100m 단위로 세그먼트(segment)의 최대 길이를 의미하고 10 BASE T의 T 는 전송 매체 로 쌍 꼬임(twisted pair)선로를 사용했음을 의미한다.

[표 13.2] IEEE 802.3 네트워크

	10 BASE 5 Ethemet	10 BASE 2 CheaperNet	1 BASE 5 StarLAN	10 BROAD36	10 BASE T
전송 매체	Coaxial cable 50□-10 mm	Coaxial cable 50□-5 mm	Twisted pair unshielded	Coaxial cable 75□	2 simplex twisted pair ushielded
신호	10 Mbps-Mach	10 Mbps-Mach	1 Mbps-Mach	10 Mbps-DPSK	10 Mbps-Mach
최대 세그먼트	500m	185m	500m	1,800m	100m
최대 거리	2.5km	0.925	2.5km	3.6km	1km
세그먼트 당 노드 수	100	30			2
충돌 감지	Excess current		2 active hub inputs	transmission≠reception	Activity on receiver and
노드	Slot time=512 bits; gap time = 96 bits; jam = 32 to 48 bits

* [그림13.10]는 10 BASE 5의 상세한 구성도이다.

* [그림13.11]은 트랜시버의 한 형태를 나타낸다.

* [그림13.12]는 트랜시버 케이블용 커넥터(connector)이다.

* 10 BASE T 의 전송매체인 UTP(Unshielded Twisted Pair)는 쌍 꼬임 선로 의 한 종류이며 [표13.3]은 쌍 꼬임 선로의 종류를 나타낸다.

* 그림[13.13]은 쌍 꼬임 선로의 접속 플러그 이며 이를 RJ45형이라 한다. 10 BASE T에서 1, 2번 핀이 송신용으로 3, 6번 핀이 수신용으로 사용된다.

* 10 BASE T 는 [그림 13.14]와 같이 스위칭 기능을 수행하는 허브(hub)장치 를 중심으로 호스트가 스타 형태로 접속된다.

Category	내용	응용
Category 1	기본적인 통신에 적용	음성 및 저속 데이터 통신
Category 2	음성과 저속 데이터 서비스에 대한 비교적 낮은 성능	Voice/PBX, Alarm Wiring
Category 3 (UTP-3)	16MHz까지의 전송 특성	Voice/PBX, 10BASE T, 4Mbps Token Ring, 100 base VG, 100 base T4, 100 base T2, 25 Mbps ATM
Category 4	20MHz까지의 전송 특성	16 Mbps Token Ring
Category 5	100MHz까지의 전송 특성	TP-FDDI, 100base TX, 155 Mbps ATM
STP	Shielded Twisted Pair	16 Mbps Token Ring 25 Mbps ATM, 155 Mbps, 256 Mbps Fiber Channel

* 매체를 공유하지 않으므로 일견상 충돌 현상이 발생되지 않을 것으로 보이지 만 발신 링크 허브-수신 링크 구간에서 충돌 현상이 발생된다. 즉, 다수의 호스트가 동시에 특정의 수신 호스트로 데이터를 송신하면 허브와 수신 호스 트를 연결하는 링크에서 충돌이 발생되고 이런 상황이 발생되면 허브는 충돌 신호를 모든 호스트로 송신한다.

* 브로드밴드 전송방식은 변조 과정을 통하여 하나의 물리적인 전송매체에 다 수의 논리채널(주파수 분할 방식 등)을 형성하여 전송 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다.

* 역사적으로 브로드밴드 전송방식은 유선TV(CATV:Cable TelVision)에 적용 되어 각 채널 당 6MHz 주파수 밴드를 갖는 주파수 분할 방식이 사용되었다.

* 브로드밴드 LAN의 형상은 헤드엔드(headend)로 부터 분기되는 트리형상 이 며 분배기(splitter)와 증폭기 등의 장치가 사용된다.[그림13.15]

* 이러한 형상은 단방향성 이므로 쌍방향 통신이 요구되는 LAN에 이 기술을 적용하기 위해서는 두가지 방안을 생각할 수 있다.

* 첫 번 째 방식은 하나의 전송선로를 송수신 방향에 대응되는 두 개의 선로로 대치하는 방식이다.[그림13.16]

* 두 번째 방식은 하나의 물리적인 전송선로를 주파수 영역에서 두 개의 상이 한 논리적 채널로 분할하여 송수신 채널로 사용하는 방식이다. 이러한 방식 하에서 헤드엔드는 수신되는 주파수 영역을 송신 주파수 영역으로 변환하는 기능이 필요로 된다. 송신 주파수와 수신 주파수의 차이를 frequency offset 이라 한다.[13.17]

* 10 BROAD 36에서는 송수신 방향으로 각각 18 MHz의 주파수 영역을 할당 하고 이중 14MHz는 데이터 전송용으로 4 MHz는 충돌 방생을 알리는 신호 채널용으로 사용된다.

* 10 BASE F는 광 송/수신 모듈 및 광 선로를 사용한다. 광 송신 모듈은 전 기 신호 0, 1을 광 신호(빛의 유무)로 변환하여 송신한다. 이러한 광원으로 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 및 Light-Emitting Diode(LED)가 사용된 다. 광 수신 모듈은 광 선로로 부터 수신되는 광 펄스를 photodiode 와 같은 광 수신 소자를 통해 전기 신호로 변환한다.

* 사용되는 빛의 파장은 800-900nm, 광 선로는 62.5/125um의 다중 모드, 광선 로상의 최대 감쇄율은 3.75dB/km(850nm)이다.

* [그림13.18]은 10 BASE F의 접속 방식으로 10 BASE T의 허브와 비슷한 기능을 수행하는 스타 커플러(star coupler)가 사용된다. 스타 커플러의 기능 에 따라 수동스타(passive star)접속 방식과 능동 스타(active star)접속 방식 으로 구분된다.

* Active star 접속 방식에서의 커플러는 수신된 광 신호를 전기 신호로 변환 하고 물리 계층의 스트림을 인식하는 계층가지 신호를 수신한 후 적절한 출 력 링크로 송신하는 반면 passive star에서는 수신된 광 신호를 그대로 모든 출력 포트로 분배하는 기능만 수행한다.

* [그림13.19]은 수동 커플러의 한 종류를 나타낸다.

13.3.2 토큰 링

(1) 구성

* 토큰 링의 구성은[그림13.20]와 같다.

* TCU(Trunk Coupling Unit)는 링 형상의 네트워크에서 호스트를 링에 접속시 키거나 분리시켜 주는 접속 장치로서 네트워크에서의 장애가 발생한 경우나 새 로운 호스트의 설치 및 기존 호스트의 제거 시에 서비스의 연속성을 유지시키 기 위한 용도로 사용된다.[그림13.21]

* 호스트가 네트워크에서 정상 동작하고 있는 경우는 TCU를 삽입 모드로 동작 시키고 호스트에 장애가 발생한 경우나 혹은 호스트에 전원이 인가되어 있지 않은 경우에는 TCU의 기능을 위해서는 TCU에 사용되는 전원과 호스트에 사 용되는 전원은 별도로 구성해야 한다.

* 전송매체로는 STP(Shielded Twisted Pair), 전송속도는 4, 16 Mbps, 코딩은 멘 체스터 방식을 사용한다.

(2) 동작

* 호스트는 링을 순회하는 특수한 형태의 토큰(token)을 수신하였을 때 송신 권 한을 갖는다. 모든 호스트가 어떠한 프레임도 송신하고 있지 않는 경우의 토큰 을 free token이라 한다. Free token을 수신한 호스트는 토큰의 비트 패턴을 변 경하여 busy token으로 만든 후 데이터를 실어 날을 데이터 프레임을 구성하 여 정보 필드에 데이터를 기입하여 링으로 송신한다. 링을 따라 순회하는 데이 터 프레임은 목적지 호스트에서 일단 복사된 후 계속 링을 따라 순회하여 데이 터 프레임을 송신한 호스트에 도달하게 되고 여기서 제거된다.

* 송신 호스트는 다음의 두 조건이 만족되면 링에 새로운 free token을 삽입하여 인접 호스트로 전송 권한을 이양한다.

# 송신 호스트가 데이터 프레임의

전송을 완료

# Busy token이 되돌아        옴

* 링의 비트 길이가 데이터 프레임의 길이보다 짧은 경우는 처음 조건이 만족되 면 둘째 조건은 자동적으로 만족되지만 그렇지 않은 경우의 송신 호스트는 데 이터 프레임의 전송을 완료한 후 busy token이 도달되기 전에 새로운 free token을 생성하게 되어 두 번째 조건은 적용되지 않게 된다. 어느 경우건 간에 토큰의 사용은 임의의 순간에 단지 한 호스트에게만 전송 권한을 부여하게 된 다.[그림13.22]

* 전송할 데이터의 종류에 상응되는 서비스 품질을 만족시키기 위해 전송 우선권 (priority)기능이 제공된다.

* 전송로나 호스트에 장애가 발생된 경우에 대한 오류 제어 기능이나 링에 새로 운 호스트를 추가/삭제 하는 경웨 대한 복구 기능이 제공된다.

(3) 프레임 형태

* 호스트에 송신 권한을 제공하는 토큰와 데이터 전송을 위한 프레임이 있다.

* 토큰 형태[그림13.23]

* 프레임 형태[그림 13.24]

* SD와 ED는 각각 프레임의 시작과 끝을 알리는 필드이다. 따라서, SD 및 ED 와 동일한 비트 열이 정보 필드에 발생한다면 수신측에서 올바른 프레임 동기 를 확립할 수 없다. 이를 위해 SD 및 ED의 J,K비트에 코드 위반(code violation)을 발생시킨다. 토큰 링 방식에서는 멘체스터 코딩 방식을 사용하므로 비트의 중간 범에서 천이가 발생하지 않게 하여 코드 위반을 발생시킨다. J는 이전 심볼과 동일한 극성을 취하고 K는 반대의 극성을 취한다.[그림13.25]

* AC는 우선권(priority), 프레임 종류 등의 여러 정보를 갖는다.[그림13.26]

* 우선권 비트(PPP)는 토큰의 우선권을 나타내고 가장 낮은 우선순위인 000부터 가장 높은 우선순위 111을 갖는다. 토큰 비트의 0은 토큰을 의미하고 1은 프레 임을 의미한다. 모니터 비트(M)는 0보다 큰 우선권의 토큰이나 데이터 프레임 이 계속적으로 링을 순회하는 것을 방지하는데 사용된다. 예약 비트(RRR)는 높은 우선권의 데이터를 송신하기 위해 해당되는 우선권의 토큰을 생성하는데 사용된다.

* M 비트의 사용은 발신 호스트가 1로 세팅하여 전송하면 착신 호스트는 이에 대한 응답으로 해당 비트를 0으로 세팅해야 한다. M비트를 1로 세팅하여 전송 한 프레임이 링을 순회하여 다시 발신 호스트로 수신되었을 때 M 비트가 1인 경우는 착신 호스트의 장애 상황으로 간주된다.

* FC는 MAC프레임의 종류를 나타낸다.[그림13.27]

* FS는 현재 프레임의 상태를 나타낸다.

* 발신 호스트는 A 와 C비트를 0으로 세팅하여 프레임을 송신하고 착신 호스트 는 자신을 목적지로 갖는 프레임을 검출하였다는 의미로 A 비트를 1로 세팅하 고 해당 프레임을 수신하게 되면 C 비트를 1로 세팅한다. 이러한 기능은 발신 호스트로 하여금 착신 호스트가 링 상에 존재하는지의 여부와 프레임의 복사 여부를 인식하게 한다.[그림13.28]

* 발신 호스트가 프레임을 송신한 후 다시 되돌아온 프레임에 A=C=0이 되어 있 으면 수신 호스트가 링에서 이탈된 상태임을 발신 호스트는 인지하게 된다.

* 발신 호스트가 프레임을 송신한 후 다시 되돌아온 프레임에 A=1, C=0이 된 경 우는 착신 호스트가 인식은 했지만 어떵 이유(예를 들어, 수신 버퍼가 찬 경우 등)인지 수신을 안했음을 의미한다.

* 만일 임의의 호스트에 있어서 A 비트가 1로 세트되어 있고 착신지 주소가 그 룹 주소가 아닌 프레임이 검출되면 해당 호스트는 네트워크 내에 이중화된 착 신지 주소가 존재함을 인지하게 된다.

(4) 우선순위 방식

* 현재의 우선권보다 높은 우선권을 가진 프레임은 언제나 우선적으로 전송되고, 현재의 우선권과 동일한 우선권의 프레임은 전송 권한에 있어 동일한 권리를 갖는다.

* 8레벨의 우선권을 갖으며 데이터 프레임 및 토큰 프레임의 PPP 및 RRR 비트 로 실현된다.

* 우선순위 방식을 위해 다음의 변수가 정의된다.

# Pm: 호스트에 의해 전송될 프레임의 우선순위

# Pr: 가장 최근에 통과한 토큰이나 프레임의 AC필드의 우선순위 값

# Rr: 가장 최근에 통과한 토큰이나 프레임의 AC필드의 예약된 우선순위 값

* 상기 변수를 통한 우선순위 방식은 다음과 같다.

1) 전송을 하려는 호스트는 Pr≤Pm인 토큰을 기다린다.

2) 토큰을 기다리는 동안 호스트는 자신의 우선순위로 예약할 수 있다. 만일 데이터 프레임이 지나가고 데이터 프레임의 예약 필드의 값이 자신의 우선 순위보다 낮으면(Rr< Pm)호스트는 예약 필드에 자신의 우선권을 세팅한다 (R←Pm).만일Rr = Pm 이면 변화 엇이 인접 호스트로 전송된다.

3) 만일 토큰이 지나가고 Rr< Pm과 Pm< Pr의 두 조건이 만족하면 토큰이 예약 필드에 Pm을 세팅할 수 있다 (R←Pm). 이것은 자신보다 낮은 레벨의 우선순위를 가진 예약을 취소(preemption)시키는 효과를 갖는다.

4) 호스트가 토큰을 얻게 되면 토큰 비트에 1을 세팅하고 예약 필드에 0을 세 팅한다. 그러나０우선권 필드의 값은 바꾸지 않는다.

5) 전송 후 호스트는 우선권 필드에는 Pr, Rr, Pm의 최대값을 세팅하고 예약 필드에는 Rr과 Pm의 최대값을 세팅한 새로은 토큰을 구성한다.

(5) 링 관리(Ring Management)

* 링 상에는 링 전체의 동작을 감시하는 모니터 호스터가 있다. 만일 모니터 호 스트가 고장이 나면 다른 호스트가 새로운 모니터의 역할을 수행한다.

* 모니터 호스트의 기능으로는

# 토큰이 링에서 소실되는지의 여부를 살핀다. 모니터 호스트는 가장 긴 프레 임이 링을 순회하는데 소요되는 시간 동안 토큰이나 프레임이 통과하는지를 관측하고 이 시간 동안 프레임이 통과히지 않으면 토큰이 소실된 것으로 판 단하여 링상의 모든 데이터를 제거하고 새로운 토큰을 생성한다.

# 링을 무한정 순회하는 busy 토큰을 검출한다. 이를 위해 모니터는 지나가는 busy token의 M 비트를 1로 세트한다. 만일 모니터가 M 비트가 세트 된 busy token을 다시 검출하게 되면 해당 토큰의 송신 호스트가 토큰을 제 거하는데 실패했음을 알게 되고 busy 토큰을 free 토큰으로 전환한다.

# 링에 다수 개의 토큰이 존재하는지를 감시한다. 호스트는 프레임을 송신한 후 링으로부터 수신한 프레임의 발신 주소를 검사한다. 만일, 이 프레임의 발신 주소가 자신의 주소가 아닌 경우는 하나의 토큰이 존재하지 않음을 나 타내므로 이 경우 모니터는 링상의 모든 프레임 및 토큰을 제거하고 새로운 토큰을 생성한다.

13.3.3 토큰 버스

(1) 동작

* 정상 동작에서는 토큰 방식대로 토큰의 전달을 통해 호스트의 전송 권한이 부 여 된다.

* 토큰의 전달 순서는 토큰 링에서 처럼 호스트의 물리적 배치로 결정되는 것이 아니라 논리적 배치로 결정된다. 즉, 각각의 호스트는 논리적 토큰 전달 순서를 위해 토큰을 수신하여야 할 호스트(Predecessor) 와 토큰을 넘겨주어야 할 호 스트(Successor)를 기억한다. [그림 13.29]

* 전송매체는 75? 동축 케이블, 전송방식은 브로드밴드 방식 또는 캐리어밴드방 식, 전송속도는 1, 5, 10Mbps이다.

(2) 프레임 형태[그림 13.30]

* PA는 수신부로 하여금 비트 동기를 확립하는데 사용된다.

* SD는 프레임의 시작을 나타낸다.

* FF는 데이터 프레임 인지 토큰과 같은 제어용 프레임인지를 구별한다.

* DA는 착신지 주소를 나타낸다.

* SA는 발신지 주소를 나타낸다.

* INFO는 LLC 계층의 사용자 데이터를 나타낸다.

* FCS는 데이터 오류 제어용 필드를 나타낸다.

* ED는 프레임의 끝을 나타낸다.

(3) 우선순위 방식

* 4 레벨의 우선순위 0, 2, 4, 6(가장 높은 우선순위 6)를 제공한다.

* 레벨 6은 synchronous 서비스용, 레벨 4는 asynchronous urgent 서비스용, 레 벨 2는 asynchronous normal 서비스용, 레벨 0은 asynchronous time-available 서비스용으로 사용된다.

* 우선순위 방식을 우해 타이머를 사용한다.

* 호스트가 토큰을 수신했을 때 전송할 프레임 중 레벨 6의 프레임을 갖고 잇는 경우는 THT(Token Holding Time) 동안 레벨 6데이터를 전송한다. THT는 레벨 6의 데이터를 전송하기 위해 토큰을 보유하고 있는 최대 시간을 의미한 다.

* 호스트가 토큰을 수신한 후 소요된 시간을 TRT(Token Rotation Time)를 통 해 관리한다.

* 호스트는 토큰을 수신하면 높은 우선순위의 프레임을 전송하고 TTRT(Target Token Rotation Time)이라는 고정된 시간과 현재의 TRT의 차이를 계산한다.

* 계산된 차이가 양수라면 호스트는 TTRT 가 도달할 때 까지 즉, 시간적 차이 가 영이 될 때 까지 낮은 우선순위의 프레임을 전송한다.

* 만일 계산된 차이가 영이거나 음수라면 낮은 우선순위의 프레임을 전송할 수 없다.

(4) 관리

* 링의 정상적인 동작을 위해 다음과 같은 관리 기능이 제공한다.

# 링의 초기화

# 호스트 추가/삭제

# 토큰의 소실 및 토큰의 복제와 같은 오류 상황 처리

* 네트워크가 동작을 개시하거나 혹은 링 전체에 장애가 발생한 경우 네트워크는 초기화되어야 한다. 초기화 과정을 통해 가장 먼저 송신 권한을 갖을 호스트의 지정 및 논리적 전송 순서가 결정된다.

* 호스트는 일정 시간 동안 자신의 successor가 유효한 프레임 혹은 토큰을 적절 히 생성하는지는 조사한다. 조사를 통해 자신의 successor가 정상적으로 동작 하지 않는다고 판단이 되면 새로운 successor를 설정한다.

* 새로운 sucessor의 설정을 위해 호스트는 이전 sucessor의 주소를 포함하는 who follows me 프레임을 생성하여 방송한다. 이를 수신한 호스트는 프레임 내의 주소와 자신의 predecessor 주소를 비교하고 일치하게 되면 자신의 주소 를 포함하는 set successor 프레임을 구성하여 방송을 한 호스트로 송신 함으 로서 그 호스트의 successor가 된다.

13.4 논리링크제어(LLC)

* 데이터링크를 통해 상위 계층의 데이터를 신뢰성 있게 전송하는 기능을 담당 하며 OSI참조 모델의 계층 2에 해당한다.

* 다양한 특성의 서비스를 지원하기 위해 각 서비스에 적합한 LLC가 존재한다.

13.4.1 서비스 타입

(1) Type-1 (unacknowledged connectionless service)

* 연결설정과정 없이 데이터 프레임을 전송하며 수신측에서는 수신한 프레임에 대하여 긍정응답(ACK)을 하지 않는다.

* LLC에서 제공하는 기능이 충분하지 않으므로 LLC의 상위 계층에서 종단간 오 류제어 기능 및 흐름 제어 기능이 제공되는 경우 사용된다.

(2) Type-2 (connection-oriented

service similar to LAPB)

* LAPB 프로토콜과 유사하고 연결 설정, 데이터 프레임의 전송, 연결 해제의 3 단계가 있다.

(3) Type-3 (acknowledged

connectionless service)

* 연결 설정 과정은 없지만 송신한 프레임에 대해 응답을 하는 서비스로 긴급히 송신할 중요한 데이  터가 있는 경우에 적합한 서비스 타입이다.

13.4.2 프레임 형태[그림 13.31]

* DA와 SA는 LLC 의 SAP(service access point)를 나타낸다. 모든 호스트는 primary 노드와 secondary 노드이 역할을 할 수 있으므로 CONTROL 필드가 필요로 한다.[그림 13.32]

* Control 필드는 프레임의 형태 혹은 오류 제어를 위한 순차 번호로도 사용된 다. Control 필드가 순차 번호를 포함하는 경우는 필드의 길이가 2 옥텟 이고 그 외의 경우는 1 옥텟이다. 처음 비트가 0인 경우는 Information 프레임을 의 미하고 10인 겨우는 Supervisory 프레임, 11인 경우는 Unnumbered 프레임을 지정한다.[그림 13.33]

# P(Poll)/F(Final) 필드가 1인 경우(P)는 명령(command)프레임을 나타내고 0인 경우(F)는 응답(response)프레임을 나타낸다. Poll은 상대방으로부터 응답 프레임을 끄집어내기 위한 용도이며 Final 은 Poll의 응답으로 전송되 는 프레임을 나타낸다.

# N(S)는 송신되는 정보 프레임의 순차 번호이다.

# N(R)은 수신 순차 번호를 나타내며 송신부로 부터 다음에 수신되기로 기 대되는 N(S)를 나타낸다.

* INFORMATION은 상위 계층의 데이터를 나타낸다.

13.4.3 프레임 종류

* LC 프레임은 제어 필드의 형태에 따라 Information 프레임, Supervisory 프 레임, Unnumbered 프레임으로 분류된다.

* Information 프레임은 사용자 데이터를 실어 나르는제 사용되며 go-bacd-N ARQ 방식을 사용하여 흐름 제어나 오류 제어 데이터를 piggyback 한다. Supervisory 프레임은 piggyback이 사용되지 않는 경우 ARQ 방식에 사용된 다. Unnumbered 프레임은 링크 설정 및 해지 등의 링크 제어 기능에 사용된 다. [표 13.4]

[표 13.4] LC 프레임 종류

타입	프레임 형태	Control 필드 코딩	명령	응답
타입1	Unnumbered	1100*000	U1
		1111*101	XID	XID
		1100*111	TEST	TEST
타입2	Information	0N(S)*N(R)	I	I
	Supervisory	10000000*N(R)	RR	RR
		10100000*N(R)	RNR	RNR
		10010000*N(R)	REJ	REJ
	Unnumbered	1111*110	SABME
		1100*010	DISC
		1100*010		UA
		1111*000		DM
		1110*001		FRMR
타입3	Unnumbered	1110*110	AC0	ACO
		1110*111	AC1	AC1

13.4.4 프레임 기능

* LAPB 정보 전달 과정은 링크 설정 단계, 정보 전달, 링크 해지 단계로 구성 된다.

* 링크 설정 과정[과정 13.34]

* 링크 해지 과정[과정 13.35]

* RP 프레임은 N(R)-1 까지의 모든 프레임을 정상적으로 수신하였음을 송신부 에 알리는 긍정 응답이다.

* 송신부는 가장 최근에 수신한 프레임의 N(R)을 기반으로 아래와 같은 순차 번 호의 프레임을 수신으로부터 응답을 수신하지 않고 송신할 수 있다. 여기서 k 는 윈도우 사이즈 이고 모듈로 8인 경우 7이 된다. V(S)는 링크의 종단점이 운 용하는 변수의 하나로서 다음에 송신할 프레임의 순차 번호이다. 송신부는 정 보 프레임을 송신한 즉시 V(S)의 값을 하나 증가한다.

V(S),........,N(R)+k-1

* 송신부가 전송한 프레임의 수신 결과를 즉각적으로 알고자 하면 정보 프레임 의 P 비트를 1로 하여 송신한다.

* RNR 프레임은 수신부의 busy 상태를 나타내며 RNR 을 수신한 송신부는 수 신부로부터 RR 이나 RNR 을 수신할 때 까지는 어떠한 프레임도 송신하지 않 는다.

* REJ 프레임은 프레임이 순차적으로 도착하지 않았음을 지시한다. 이를 수신한 송신부는 수신한 REJ 프레임의 N(R) 과 동일한 값의 N(S)부터 시작하는 프레 임을 재전송 한다.

* 수신부는 순차적으로 도착하지 않은 프레임이나 FCS 오류가 발생한 비정상 적인 프레임을 수신하면 이를 버린다.

* 수신된 프레임에 비트 오류가 발생하지는 않았더라도 정보 필드가 너무 길다 든가 하는 프로토콜 오류가 발생한 경우는 FRMR 프레임이 전송되고 이는 링 크를 리셋하게 된다.[표 13.5]

[표 13.5] LLC 프레임 기능

프레임 타입	의 미	사 용
I	Information	순차 번호를 갖는 데이터 전달
UI	Unnumbered Information	순차 번호 없는 데이터 전달
XID	exchngel Dentification	각각의 LSAP의 서비스 타입과 윈도우 사이즈 결정
TEST	TEST	LLC 링크의 루프 시험
RR	Receive Ready	I 프레임의 수신 가능 상태를 송신부에 알리는 신호

13.4.5 서비스 프리미티브

* 서비스 프리미티브는 LLC 의 상위 계층과 LLC 계층과의 인터페이스에서 LLC가 제공하는 다양한 서비스를 LLC 의 상위 계층이 이용하기 위해 사용된 다.[표 13.6]

* LLC 계층은 상위 계층으로 부터 프리미티브를 수신하면 프리미티브의 종류와 프리미티브의 파라메터를 이용하여 해당되는 LLC 계층의 프레임을 구성하여 하위 계층인 MAC 계층에 전달한다.[그림 13.36]

* 예를 들어, 상위 계층으로 부터 L-CONNECT request 를 수신하면 LLC 계층 은 SABM 프레임을 구성하여 하위 계층에 전달한다.

13.5 LAN 간 접속 장치

* LAN을 접속하는 장치로는 리피터(repeater), 브릿지(bridge), 라우터(router) 및 게이트웨이(gateway)가       있다.

13.5.1 리피터(Repeater)

* 리피터는 물리 계층에서 접속 기능을 수행하는 장치로 전송 거리로 인해 미약 해진 신호를 재생(regeneration)하여 전송 거리를 연장함으로써 LAN의 영역을 확장한다.[그림 13.37]

13.5.2 브릿지(Bridge)

* 브릿지는 데이터 링크 계층에서 LAN을 상호 접속하는 장치로서 데이터 링크 계층의 프레임을 저장하고 전달하는 능력을 갖는다.

* 프레임의 저장 및 전달 능력으로 인해 프레임의 목적지를 기반으로 적절한 LAN으로 프레임을 전달한다. 이러한 필터링 기능으로 브릿지를 통해 접속되어 있는 각 LAN의 로컬 트래픽이 다른 LAN으로 전달되는 현상이 발생하지 않는 다.

* 브릿지는 데이터 링크 계층에서 LAN을 접속하는 장치이므로 이러한 필터링 기능은 데이터 링크 프로토콜에서 가용한 정보만을 기반으로 수행된다.

[그림 13.38]

* 상호 동일한 LAN을 브릿지를 통해 접속하는 경우에 비해 그렇지 않은 경우의 접속 방법은 매우 복잡하고 제공되는 기능도 매우 제한적이다. 이유는 임의의 LAN의 데이터 링크 계층에서 제공되는 기능이 다른 LAN에서는 제공이 안되 는 경우가 있기 때문이다.

* 기본적인 브릿지의 구성이 [그림 13.39]에 나타나 있다.

* 중앙 처리부는 전체적인 브릿지 기능을 제어하고 관리하는 기능을 수행한다. 즉, 각 LAN으로부터 수신되는 프레임을 저장하기 위한 버퍼를 LAN 제어부에 할당하거나 트래픽의 폭주로 인해 브릿지에 과부하가 발생되는 것을 방지하는 등 브릿지의 동작을 원활하게 하는 관리 기능을 수행한다.

* 호스트 관리부는 자신이 인식하고 있는 호스트의 주소를 관리하고 특정 호스트 로 패킷을 라우팅 하기 위해 선택하야 하는 LAN 제어부의 정보를 관리한다. 호스트 관리부는 각각의 LAN제어부로 부터 수신된 패킷의 발신 호스트 주소 를 관찰하여 각각의 호스트에 도달하기 위해서 사용해야 하는 LAN제어부를 인식하게 된다. 또한, 브릿지는 호스트 리시트의 최근 사용 시간을 관찰하여 오 랫동안 사용되지 않은 호스트는 리스트에서 삭제한다. 이렇게 함으로서, 동일 LAN에서 호스트가 이동하고 오랫동안 프레임을 송신하지 않은 경우가 발생해 도 브릿지는 올바른 전달 기능을 수행한다.

* LAN 제어부는 자신이 접속된 LAN에 해당되는 데이터 링크 계층 및 물리 계 층 기능을 수행한다.

* 브릿지의 전달 기능은 프레임의 착신지 주소와 호스트 리스트를 기반으로 한 다. 착신지가 발신 호스트와 동일한 경우 브릿지는 해당 프레임을 없앤다. 착신 호스트가 발신 호스트와 상이한 LAN에 접속되어 있고 착신 호스트가 호스트 리스트에 존재하는 경우는 착신지 호스트에 상응되는 LAN제어부로 해당 프레 임을 전달한다. 만일, 착신지 주소가 호스트 리스트에 없는 경우는 모든 LAN 제어부를 통해 해당 패킷을 송신한다. 호스트 리스트에 없는 경우에 발생되는 비효율적인 패킷 전달을 방지하기 위해 브릿지는 동작을 개시한 후 짧은 기간 동안은 패킷을 전달하기 않고 수신 기능만을 수행하여 전달에 필요한 호스트 리스트를 구성한다.

13.5.3 라우터(Router)

* 라우터는 네트워크 계층에서 LAN을 상호 접속하는 장치로 임의의 LAN에서 수신한 패킷을 저장하고 인접 LAN으로 전달하는 기능을 갖는다.[그림 13.40]

* 라우터의 기능은 브릿지와 매우 유사하나 브릿지의 경우 사용자 호스트는 브릿 지를 통해 상대방 호스트와 통신하고 있는지의 여부를 알지 못하는(브릿지의 존재는 사용자 호스트에 투명적이다)반면 라우터를 통해 접속되는 경우의 사용 자 호스트는 라우터와 함께 라우팅에 관련된 기능을 수행 함으로서 라우팅의 존재를 알게 된다.

13.5.3 게이트웨이(Gateway)

* 게이트웨이는 네트워크 계층 이상에서 LAN간 접속 기능을 수행하는 장치이다.

13.6 라우팅(Routing)

* LAN에 접속된 각 호스트에는 6바이트의 MAC주소가 할당되고 발신 호스트가 착신 호스트로 정보를 송신하기 위해서는 착신 호스트가 발신 호스트와 동일한 네트워크에 속한 경우는 착식 호스트의 MAC주소가 필요하고 다른 네트워크에 접속된 경우는 next hop 라우터의 MAC 주소가 필요하다.

* 따라서, [그림 13.41]에서 초스트 A 가 호스트 H로 정보를 송신하는 경우 호스 트 A호스트 H의 MAC 주소를 알아야 하고 호스트 J와 통신 하는 경우는 라우 터 R1의 MAC주소를 알아야 하며 라우터 R1 은 호스트 J의 MAC주소를 알아 야 한다.

* 호스트 A가 호스트 B로 정보를 송신하고자 하는 경우 호스트 A가 호스트 B의 MAC 주소를 모른다면 호스트 A 는 자신의 IP 및 MAC주소와 호스트 B의 IP 주소를 포함하는 ARP query를 방송한다.

* ARP query를 수신한 호스트 B는 자신의 MAC주소를 포함한 ARP reply를 송 신함으로서 ARP query에 응답하고 이를 수신한 호스트 A는 호스트 B의 MAC 주소와 IP 주소를 상호 연관시킨 후 ARP cache라고 하는 저장 장소에 저장한 후 이 후 발생되는 호스트 B로의 통신에 사용될 B의 MAC주소로 사용한다.

* 브릿지(bridge)는 상이한 LAN 세그먼트를 상호 결합하여 LAN의 영역을 확장 하는데 사용되며 자신이 접속된 LAN 세그먼트로 부터 발생되는 전송을 감시 하여 수신된 정보를 접속된 모든 LAN 세그먼트로 송신한다.

* 브릿지의 중요한 기능은 자신의 브릿지 포트와 호스트의 MAC주소간의 상응 관계를 유지하는 것이다. 예를 들어, 브릿지 B2는 다양한 패킷의 전송을 수행 한 후 호스트 A, B, C의 MAC 주소와 관련된 자신의 포트 및 호스트 D, E, F, G, H, 라우터 R1과 관련된 자신의 포트가 무엇인지를 알게 되어 LAN 세그먼 트간 라우팅 기능을 수행한다.

1. 신호의 종단

&이더넷의 구성에서 버스의 양 끝 단에 종단기를 설치하는 이유는 종단점에 서의 신호의 반사를 억제하기 위함이다. 신호가 전달되는 거리가 신호의 파장(wavelength) 에 비해 둥분히 짧다면 신호의 반사 현상이 발생하지 않지만 신호가 전달되는 거리가 파장에 비해 긴 경우는 신호의 반사 현상이 발

생한다.따라서, 이 경우에는 신호선을 전송선으로 해석하고 그 특성에 대한 고려가 있어야 한다. 신호가 신호선을 통해 전송되는 경우 신호는 신호선의 기학학적형태, 재질 등에 의해 결정되는 신호선의 특성 임피던스의 영향을 받는다. 신호의 반사는 신호선의 특성 임피던스가 변화하는 지점, 즉, 접합점이나 분기점등과 같이 전기적 환경이 변화되는 비연속적인 지점에서 발생된다. 따라서, 이더넷의 경우 버스의 양끝 지점에 도착된 손호는 특성 임피던스의 갑작스러운 변화로 인해 반사가 일어난다. 신호의 반사를 없애기 위해서는 전송 신호선의 길이를 무한대로 하여 신호선의 특성 임피던스가 변화하지 않게 할 수 있지만 이는 현실적으로 불가능한 해결 방안이다. 실질적인 해결 방안은 신호선이 끝나는 지점에 선로의 특성 임피던스와 동일한 저항값을 갖는 종단기를 설치함으로서 임피던스의 변화를 발생하지 않게 하는 방법이다. 신호 선의 특성 임피던스(ZO) 는 √L0/C0 으로 주어지며 L0및 C0는 신호선의 단위 길이당 인덕 턴스 및 커패시턴스 이고 특성 임피던스의 단위는 저항(ohm)이 됨을 주목해야 한다.

&신호를 종단하는 방법으로는 병렬 종단(single-ended parallel termination), AC병렬 종단(AC parallel termination), 테브난 종단(Thevenin termination) 등이 있다.

& [그림 13.42]는 TTL 로직의 신호 종단 방식을 나타낸다.

& 상기의 신호 종단 회로에서 사용되는 소자 값은 다음과 같다. 소자 값은 신호가 종단점에 도달할 때 까지 특성 임피던스의 변화가 발생하지 않는 원칙하에서 결정된다.

& 예를 들어 병렬 종단 회로에서 Rp를 설치하지 않으면 신호선의 특성 임피던스 Z0의 영향을 받으며 수신 회로의 입력 단 근처에 도착한 신호는 수신 회로의 입력 저항 R□의 영향을 받게 된다. 일반저으로 R □는 Z0 보다 큰 값을 가지므로 임피던스의 변화로 인해 수신 회로의 입력단에서 반사가 발생한다. 따라서,Rp를 그림과 같이 입력 단에 설치하면 입력단 근처에서 신호에게 나타나는 저항은 Rp 와 R□의 병렬로 나타난다.따라서Rp와 R□ 병렬 값을 Z0 와 동일하게 하면 임피던스의 변화가 발생하지 않아 수신 회로의 입력 단에서 반사가 발생하지 않는다. 실제로 Rp를 설치하여 신호를 종단하는 경우 Rp는 수신 회로의 입력 단에 가깝게 설치하면 할수록 종단 효과는 상승된다.

[그림 13.43]

2. 동기화(synchronization) 및 프레이밍(framing)

* 송신부가 송신한 프레임을 수신부가 올바르게 수신하기 위해서는 다음의 기능이 수행되어야 한다.

# 수신되는 비트의 올바른 검출 : 비트 동기

# 문자의 시작과 끝의 올바른 검출 : 문자 동기

# 프레임의 시작과 끝의 올바른 검출 : 프레임 동기

2.1 비트 동기

* 수신측에 전송되어 온 각 비트를 정확하게 판정하는 기능으로 비트 동기 정보의 전송방식을 기준으로 외부 동기 방식과 자기 동기 방식으로 구분된다. 외부 동기 방식은 사용자 데이터 신호를 전송하는데 사용되는 신호선 이외에 사용자 데이터 신호와 동기 된 비트 동기 신호(컬럭 신호)용 회선을 별도로 사용한다. 자기 동기 방식은 하나의 신호선에 사용자 데이터 신호 및 동기 신호(사용자 데이터 신호에 동기 되어 있는 클럭 신호)를 함께 송신하여 수신측에서 수신되는 비트열로 부터 비트동기에 필요한 동기 신호를 추출한다. 비트 동기를 수행하는 회로로 Phase Locked Loop(PLL) 가 있다.

2.2 프레임 동기

* 송수신부 간의 데이터 전달 단위인 프레임에는 수신부로 하여금 입력되는 비트 열로 부터 프레임을 인식할 수 있게 하는 특수한 비트의 조함(이를 Frame Alignment Word 라고도 함)이 삽입되며 수신부는 입력되는 연속적인 비트열로 부터 프레임의 경계를 인식하기 위해 Frame Alignment Word 를 식별 하여야 하며 이러한 과정을 Framing 혹은 프레임 동기화 관정 이라 한다. 프레임 동기는 입력되는  비트 열로 부터 프레임 워드를 찾아내는 과정이므로 프레임 동기가 정상적으로 이루어지기 위해서는 우선적으로 입력되는 비트를 정확하게 샘플링 할 수 있는 기능(비트 동기)이 우선되어야 함에 주목하여야 한다. 프레임 동기방법으로는 1비트 시프트 방식과 리셋 방식이 있다. 1 비트 시프트 방식에서는 입력 신호로부터 재생된 클럭을 기준으로 타이밍 펄스를 구성하고 이를 기준으로 프레임 동기 펄스를 발생한다. 이 프레임 동기 펄스와 입력 신호 중의 프레임 동기 펄스괭 불일치 검출 회로로 비교하여 일치하지 않을 때에는 1비트 지연 회로를 구동하여 시프트 펄스를 출력시켜 컬럭재생 회로의 클럭을 1비크 시프트 한다. 이 결과 프레임 동기 펄스가 1비트 시프트 되고 시프트된 동기 펄스와 입력 신호의 프레임 동기 펄스가 다시 비교된다. 리셋방식은 1비트 시프트 방식과 거의 비슷한 회로 구성을 갖지만 비교 기준이 프레임 동기 펄스인 것과 불일치가 검출될 때 패턴을 리셋하는 점이 상이하다.[그림 13.44]