High Speed LANs

Introduction

• 기술적인 빠른 변화
• LAN의 사용처 많음
• 빠른 속도 필요
• 10M->100M(Fast)
  • Fast and Gigabit Ethernet
  • Fiber Channel
  • High Speed Wireless LANs

High speed LAN의 특징

CSMA/CD Precursors

ALOHA

• 최초의 버전
• 패킷 라디오 네트워크를 위해 개발됨
• 스테이션이 언제라도 프레임을 전송할 수 있음
• 잘못된 프레임을 받을 수 있음 -> 무시
• 이용률이 낮음 최대 이용률 18%
• 성능을 향상하기 위해 slotted ALOHA방식 나옴

Slotted ALOHA

• Time slot으로 나눔
• Slot에 동기 되어 전송
• 다음 slot이 시작할 때 전송
• 망가지는 크기가 ALOHA의 1/2
• 최대 이용률이 38%
• 망의 상태를 보지 않음
• 그다음 방식으로 CSMA

CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CD Precursors

• 매체를 읽어보는 것
• LAT(Listen and talk)
• 매체에 캐리어가 있는지 센싱 해보는 것
• 캐리어가 있으면 바쁜 상황이고 없으면 비어 있는 상황
• 둘 이상이 동시에 접근할 수 있음
• 망의 사이즈가 클수록 충돌확률이 높음
• 이상적인 상태일 때 전송
• Acknowledgment를 기다림
• 안 오면 충돌이 일어났다고 보고 재전송함
• 이용률이 ALOHA보다 높음

Nonpersistent CSMA

1-persistent

• 계속적으로 센싱함
• Idle을 발견하면 전송
• 망에 트래픽이 많은 경우 충돌 확률이 높음

P-persistent

• IDLE이 발견되면 p확률로 전송됨
• 확률에 따라 성공률이 달라짐

Nonpersistent

• 기다렸다가 센싱함
• 낭비 존재
• 매체가 idle이면 전송
• 매체가 바쁘면 얼마의 시간 동안 기다림
• 단점
  • 드문드문 접근하기 때문에 낭비 발생

1-persistent CSMA

• 매체가 idle 하면 전송
• 바쁘면 idle 할 때까지 연속적으로 listen 하다가 idle 하면 바로 전송
• 두 개 이상의 스테이션이 기다리고 있으면 충돌

P-persistent CSMA

• 전송할 확률 p 기다릴 확률 1-p

Value of p

• np(number of station * p) < 1

Description of CSMA/CD

• CSMA/CD
• Collision detection
• CSMA는 충돌이 발생한 것을 다른 것들이 모름
• 충돌이 감지되면 전송을 멈추고 센싱
• 성능을 향상하기 위해 충돌 감지 필요
• 충돌 감지되면 후속 조치
• 전송을 멈추고 재전송

1. medium이 idle 하면 전송, busy 하면 2번
2. 채널이 idle 할 때까지 listen 하다가 idle해지면 즉각 전송
3. 전송하는 동안 충돌이 감지되면 충돌의 발생을 처음 발견한 스테이션(노드가) jamming신호 발생 jamming신호를 받은 모든 노드들은 전송을 멈춤
4. 임의의 시간 동안 재전송하기 위해 기다림 -> backoff 알고리즘 사용, 충돌이 일어나면 기다리는 시간을 늘림

CSMA/CD Operation

• T0 순간에 a가 양방향 전송
• T1시간 후
• Terminator는 신호를 흡수
• C가 전송
• T2시간
• 충돌 발생 c가 감지
• T3충돌발생을 알고 전송 멈춤

Which persistence Algorithm

• 1-persistent 충돌이 일어나도 멈추고 재전송
• 효율적

Binary Exponential Backoff

• 기다리는 시간 설정
• 처음에 기다릴 때 1의 시간을 기다렸다면
• 충돌이 일어나면 다음에는 2 그다음에는 4시간 동안 기다림

Collision Detection

On baseband bus

• 디지털 신호 모듈레이션 하지 않은 원래 신호 전송
• 반대는 broad band : 아날로그 신호
• 디지털 신호일 때는 데이터 충돌이 일어나면 전압의 레벨에 변경이 일어남
• 아날로그 신호는 주파수가 변경됨
• 충돌이 발생하면 전압이 높아짐
• 신호가 거리에 따라 감쇄가 일어남
• 500m나(10 Base5) 200m(10 Base2)로 거리를 제한함
• 10 : 데이터 전송속도 Base : 시그널링 방식 5,2 거리

On twisted pair(star_-topology)

• 스위치 또는 허브 사용
• 두 개 이상의 포트가 액티브 상태이면 충돌

IEEE 802.3 MAC Frame Format

• 이더넷의 프레임이 가변길이
• 프레임 길이를 알려줘야 함 -> Length필드 존재
• Pad
  • 데이터의 최소길이는 46 최대길이는 1500
  • 전송할 데이터가 최소길이가 안될 때 더미 비트를 붙여서 46바이트를 만들어야 함 그때 pad를 사용
• 최소길이 512비트 왜 이더넷 프레임에서 최소비트를 정해야 하는가
  • 충돌을 감지하기 위해
  • 전송하는 동안에도 충돌이 일어나는지 감지하기 위해 계속적으로 전송하고 있어야 함
• 2*전파시간
  • 최소 길이는 가장 멀리 떨어져 있는 두 스테이션 간의 전파 시간의 2배에 의해 결정됨

10 Mbps Specification (Ethernet)

• 케이블이 두꺼우면 손실이 적어 멀리 전송 가능

IEEE 802.3 10 Mbps Physical Layer Medium Alternatives

100 Mbps Fast Ethernet

• 4B5B 4비트를 physical layer에서 5비트로 변환해서 전송
• 4비트는 16, 5비트는 32
• 32개 중에 16개 선택해서 사용
• hamming distance가 큰 것을 선택
  • 두 개의 코드 간의 다른 비트 수가 많은 것을 선택해서 사용
• 에러가 일어나는 것을 쉽게 감지 가능
• Hamming distance가 2이면 한 비트 에러는 다 검출됨
• 3이면 한 비트 에러는 감지뿐만 아니라 정정도 가능
• 2비트 에러 정정하려면 hamming distance는 5여야 함
• 스테이션과 스테이션 사이의 거리 최대는 100m
• 네트워크 사이즈는 200m fiber는 400m

100 BASE-X

• 4B/5B
• FDDI
• 매체의 속도는 5/4 = 125 Mbps

100 BASE-T4

• 3 UTP 사용
• 8B6T
• Ternary : phase3개 -1 0 +1

Full Duplex Operation

• 보내면서 동시에 받을 수 있어야 함
• 용량이 2배 여야 함

Mixed Configurations

• 네트워크에 10 Mbps 100 Mbps 등의 장비가 다 연결됨
• 프로토콜 종류 하나 : 이더넷

Gigabit Ethernet Configuration

• 하나의 네트워크에 다양한 링크 속도가 존재 : mixed configuration

Gigabit Ethernet

Differences

• 같은 프레임의 길이라 하더라도 시간관점에서의 길이가 다를 수 있음
• 데이터 속도가 다르기 때문
• 너무 자주 바뀌면 오버헤드가 많이 생겨서 안 좋음
• 기존의 이더넷과 차이점

Carrier extension

• 비트 수를 늘림 512 -> 4096비트

Frame bursting

• 원래의 이더넷은 하나의 패킷을 전송하고 나면 다른 노드에게 차례가 돌아감
• 짧은 패킷들은 여러 개의 연속해서 전송할 수 있는 모드를 만듦
• 스위칭 허브 사용 - 전용 패스설정

Physical

• 광섬유
• Single mode : core의 직경이 10 마이크로미터
• Multi mode : core의 직경이 50 마이크로미터, 지연이 길다
• 전송속도, 전송 거리에 영향을 미침 -> 오차 유발
• 오차를 줄이기 위해 거리 제한
• Tp

10 Gbps Ethernet

• 더 고속의 이더넷 요구
• Backbone에 사용
• 용도는 다양
• ATM과 다른 기술과 경쟁대상
• ATM의 장점 서비스의 차등화, 자원을 효율적으로 사용
• 이더넷 : best effort service -> 서비스의 차등화 x
• 장점 단순함, 가격 경쟁력이 있음
• LAN, MAN, WAN에도 사용 가능
• 장점
• 싸다
• ATM은 오버헤드가 큼
• ATM은 고정길이 패킷 사용(셀), 셀 사이즈 53바이트 중 헤더가 5바이트, 헤더의 오버헤드 큼
• 대역폭을 낭비
• 이더넷 패킷은 최대 1518바이트
• 서비스 차등화 제공
• QoS
• Traffic policing
• 다양한 optical 인터페이스 사용

10 Gbps Ethernet configurations

• Backbone switch 간의 연결은 10 Gbps
• Workgroup switch
• 탑에 갈수록 전송속도 빨라짐
• 다중화가 이루어짐

10 Gbps Ethernet Options

• 파장이 860nm 면 short
• 1310nm
• 저손실 영역
• 가장 좋은 대역 1550
• 가장 멀리 전송 가능

100 Gbps Ethernet

• Wired LAN을 위한 것
• 지역 이더넷 네트워크를 연결하기 위한 것
• 가격이 저렴하고 신뢰성 있고, 다른 네트워크하고의 연동이 쉬움, 다양한 생산자들이 있음(경쟁이 심함->가격을 낮출 수 있음)

100 Gbps Ethernet

• 대량의 데이터를 실시간으로 주고받기 위해 네트워크의 용량이 커야 함

Multilane Distribution

• 거대한 용량을 다수의 유저가 사용
• Virtual lane
• 다수의 유저 각각
• Inverse multiplexing(demultiplexing) 형태

Multiline Distribution for 100 Gbps Ethernet

• 형태에 따라서 전체의 용량이 100 Gbps
• 각각의 주인을 다를 수 있음
• Virtual lane으로 분리
• Time division
• Time slot
• 다수의 유적에게 동시에 서비스하는 컨셉
• 멀티플렉싱 되어 있는 것을 디멀티플렉싱 해서 전송되는 형태

Media Options for 40 Gbps and 100 Gbps Ethernet

• 40 GBase-KR4

Multilane Distribution for 100 Gbps Ethernet

A VLAN Configuration

• 물리적인 배치와는 상관이 없음
• 소프트웨어적으로 결정