정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 39. 이더넷(Ethernet)

39. 이더넷(Ethernet)

 

가. 이더넷의 개요이더넷은 LAN을 위해 개발된 컴퓨터 네트워크 기술로,‘이더넷’ 이라는 이름은 빛의 매질로 여겨졌던 에테르(ether)에서 유래되었다. 미국의 DEC, 인텔, 제록스(Xerox) 등의 3사가 공동 개발한 LAN의 모델이다. 이더넷은 OSI 모델의 물리 계층에서 신호와 배선, 데이터 링크 계층에서 MAC 프로토콜을 정의하고 있으며, CSMA/CD 액세스 방식으로 표준화되어 가장 널리 사용되고 있다.이더넷은 네트워크에 연결된 각 기기들이 48비트 길이의 고유 MAC 주소를 가지고있으며, 이 주소를 이용해 상호간에 데이터를 주고받을 수 있도록 만들어졌다. 전송매체로는 BNC 케이블 또는 UTP, STP 케이블을 사용하며, 각 기기를 상호 연결시키는 데에는 허브, 스위치, 리피터 등의 장치를 이용한다.이더넷의 초기 버전은 [그림 4-13]과 같이 중계기(repeater)로 연결된 여러 개의 세그먼트로 구성되며, 기본적인 이더넷은 노드간의 거리 약 2.5Km 내에서 최대 1,024개의 노드 상호간에 10Mbps의 전송속도로 정보를 교환할 수 있다. 최근에는 기가비트급의 대역폭을 갖는 기가비트 이더넷이 개발되어 사용되고 있다.이더넷은 TCP/IP 등의 다른 프로토콜과 쉽게 이용 가능하고, 또한 노드의 증설과이전이 용이하며 비교적 신뢰성이 높다. 이와같은 저렴한 비용과 유연성 그리고 호환성 등의 특성으로 여전히 대부분의 컴퓨터 네트워크에서 사용되고 있다.한편, 이더넷은 그 표준이 처음 출현한 이래 더욱 크고 빠르게 성장했고 다양해졌다. 초기부터 CSMA/CD 액세스 방식이 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 대부분 이더넷 스위치를 사용하는 스위치 방식의 네트워크(switched network)를 구성하고 있는데, 이 경우에는 노드 간에 충돌이 발생하지 않는다. 이더넷은 현재 10Mbps (10BaseT), 100Mbps(Fast Ethernet), 1,000Mbps(Gigabit Ethernet), 10,000Mbps(10- Gigabit Ethernet) 등 4 종류의 속도 표준이 있다. 하지만 각각의 새로운 표준이 이전에 개발된 저속 표준을 무용한 것으로 만드는 것은 아니다. 이더넷 제어기는 연결된디바이스의 가장 느린 속도에 맞추어 작동된다. 이것은 초기의 기술과 새로운 기술을같은 네트워크상에서 혼용할 때 유용하다.

나. 이더넷의 동작[그림 4-14]는 데이터 프레임이 이더넷을 통하여 흐르는 것을 나타낸다. 신호는 송신 컴퓨터로부터 케이블의 양 끝으로 전달되며, 프레임을 전송하는 동안 전체 케이블을 독점적으로 사용한다. 이때 다른 컴퓨터가 데이터 송신을 시작하면 전송로 상에서충돌이 발생한다. 이를 해결하기 위해서, CSMA/CD 액세스 방식의 사용으로 네트워크상에 연결된 여러 컴퓨터들이 하나의 전송매체를 공유할 수 있도록 한다.전송할 데이터를 가지고 있는 노드(컴퓨터)는 먼저 현재 네트워크 위에 흐르고 있는데이터 프레임이 있는지를 감지한다. 만약, 현재 다른 데이터가 전송 중이면 사용할수 있을 때까지 기다리고, 전송 중인 데이터가 없으면 전송로가 비어 있는 경우로서일정한 양만큼의 데이터 프레임을 보낸다. 이때 데이터는 전송로의 양방향으로 진행되고 종단기(terminator)에서 신호를 흡수하는데, 종단기가 없다면 데이터가 무한히 진행되어 전송로의 신호 상태에 영향을 주게 된다.하나의 컴퓨터가 데이터 프레임을 전송하는 도중에 다른 컴퓨터가 동시에 데이터프레임을 전송할 경우에는 전송로 상에서 데이터의 충돌이 발생하게 되며, 이때 각 컴퓨터는 임의의 시간을 대기한 후에 재송신하게 된다. 수신측 컴퓨터에서는 데이터 프레임을 감지한 후에 이를 저장장치에 복사하게 된다. 데이터 프레임의 전송을 모두 마치면, 상위 계층에 전송이 끝났음을 알리고 종료하게 되지만, 여러 번 다시 시도했음에도 전송에 실패하면 이를 상위 계층에 알리고 끝마친다.

다. 이더넷의 유형이더넷의 장점 중 하나는 TCP/IP 등의 다른 프로토콜을 이용할 수 있다는 점과 소형컴퓨터와 고성능 워크스테이션의 접근을 쉽게 구성할 수 있다는 것이다. <표 4-3>은 이더넷에 사용되는 기본적인 방식의 네트워크 구성에 대한 특성을 나타낸 것이다.

 

<이더넷의 유형별 네트워크 구성>

10Base 2와 10Base 5는 동축케이블을 사용하므로 T-커넥터와 종단기 등의 장비가 필요하다. 대개 이더넷은 전송매체의 종류와 배선 방식, 지원 속도 등에 따라 여러가지로 나뉘는데, 자주 사용되고 있는 유형별 특징을 정리하면 <표 4-4>와 같다.

이더넷의 유형별 특징

구 분	주 요 특 징
10BASE-T	•10Mbps의 속도를 제공•카테고리 3, 혹은 카테고리 5에 해당하는 UTP 케이블 4가닥을 이용해 통신•배선 방식은 많은 수의 단자를 갖고 있는 허브나 스위치를 이용해 성형으로구성
100BASE-TX	•100Mbps의 속도를 제공•카테고리 5의 UTP 케이블 4가닥을 이용해 통신•10Base-T와 같은 방법으로 배선
100BASE-FX	•100Mbps의 속도를 제공•광섬유케이블을 이용하여 구성
1000BASE-T	•1Gbps의 속도를 제공•카테고리 5e나 카테고리 6의 UTP 케이블을 이용
1000BASE-SX	•1Gbps의 속도를 제공•멀티모드 광섬유케이블을 이용해 550m까지의 규모로 구성
1000BASE-LX	•1Gbps의 속도를 제공•멀티모드 광섬유케이블로는 550m, 싱글모드 광섬유케이블로는 10㎞까지의규모로 구성

한편, 이더넷 허브(Ethernet hub)는 이더넷 네트워크에서 여러 대의 컴퓨터, 네트워크 장비를 연결하는 장치이다. 1대의 허브를 중심으로 여러 대의 컴퓨터와 네트워크장비가 마치 별 모양으로 서로 연결되며, 같은 허브에 연결된 컴퓨터와 네트워크 장비는 모두 상호 간에 통신을 할 수 있게 된다. 허브에 라우터나 스위치 등의 장비가 연결되어 있으면, 이를 통해 더 높은 계층의 네트워크인 WAN, MAN 등과도 연결할 수 있다. 허브와 컴퓨터 장비간의 연결에는 보통 UTP 케이블과 RJ45 커넥터 또는 광섬유케이블과 광커넥터가 사용된다.허브로 연결된 네트워크에서는 한 컴퓨터에서 주고받는 데이터가 같은 허브에 연결된 다른 모든 컴퓨터에 동시에 전달(broadcasting)된다. 이 데이터는 대개 맨체스터코드를 사용하여 부호화되며, 따라서 연결된 컴퓨터의 개수가 많아질수록 네트워크에서 충돌이 많아지고 속도가 느려진다. 이 문제를 해결하기 위해 최근에는 데이터가 필요한 컴퓨터에만 전송하는 이더넷 스위치(Ethernet switch)를 많이 사용한다.대부분의 허브는 충돌을 탐지하기 위해 반이중 방식만을 지원하는 데 반해, 대부분의 이더넷 스위치는 전이중 방식을 지원한다. 즉, 이더넷 스위치는 허브와 목적이 거의 동일하지만, 훨씬 향상된 네트워크 속도를 제공한다. 이는 각 컴퓨터에서 주고받는데이터가 허브처럼 다른 모든 컴퓨터에 전송되는 것이 아니라, 데이터를 필요로 하는컴퓨터에만 전송되기 때문에 가능하다. 따라서 허브처럼 병목(bottleneck) 현상이 쉽게 생기지 않는다. 또한 대부분의 이더넷 스위치는 전이중 통신방식을 지원하기 때문에, 송신과 수신이 동시에 일어나는 경우 훨씬 향상된 속도를 제공한다.스위치는 이 기능을 수행하기 위해 각 컴퓨터의 고유한 MAC 주소를 기억하고 있어야 하며, 이 주소를 통해 어떤 데이터가 어디로 전송되어야 하는지 판단해야 한다. 하지만 스위치를 이용하는 경우도 대량의 동보(broadcasting) 전송이나 스위치의 처리용량을 초과하는 데이터 흐름에 대해서는 취약할 수밖에 없으므로, 커다란 네트워크의경우는 VLAN(Virtual LAN) 스위치나 라우터 등을 이용해 네트워크 자체를 분리해야 한다. 이더넷 스위치를 스위칭 허브(switching hub)라고도 한다.