강의 PPT - 수원과학대학교 정보통신과

Report
컴퓨터 네트워크 3주차
수원과학대학교 정보통신과
오늘의 목표
• 점-대-점 구간에서 가장 많이 사용되는 데
이터링크층 프로토콜인 PPP를 이해한다.
• 유선랜에서 가장 많이 사용되는 데이터링
크층 프로토콜인 Ethenet을 이해한다.
2
3.1 점-대-점 구간에서의 PPP
• PPP
– 오늘날 점-대-점 노드를 연결하는 시리얼 링
크에서 많이 사용되는 프로토콜
• HDLC
– PPP의 모체가 되는 프로토콜로 아직도 일부
시리얼 링크에서 사용되기도 함
3
HDLC
• 고수준 데이터링크 제어 (HDLC, high-level
data link control)
• 점 대 점과 다중점 링크 상에서 반이중 통
신과 전이중 통신을 모두 지원하도록 설계
된 프로토콜
• 전송 모드
– NRM (Normal Response Mode)
– ABM (Asynchronous Balanced Mode)
2015-04-08
4
NRM
• NRM(normal response mode)
– Primary가 세션을 열고 Secondary들은 응답만
5
ABM
• ABM (asynchronous balanced mode)
– 각 스테이션이 Primary이자 Secondary로 동
작
6
HDLC 프레임 종류
• I-프레임, S-프레임, U-프레임
– I-프레임 : 사용자 데이터 전달
– S-프레임: 흐름제어 및 오류제어를 위한 제어 정보 전달
– U-프레임: 링크 자체를 관리하는 관리 정보 전달
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HDLC 프레임
• 플래그(flag)
– 01111110b 비트패턴, 프레임의 시작과 끝 인식, 수신기를 위한
동기화 패턴
• 주소(address) 필드
– Primary가 프레임을 만들 경우 – 목적지 주소
– Secondary가 프레임을 만들 경우 – 발신지 주소
• 제어(control) 필드 – 프레임의 종류
• 정보(information) 필드 – 사용자 데이터 또는 네트워크
관리 정보
• FCS(frame check sequence) 필드 – 오류 검출
8
PPP
•
•
•
•
점-대-점 프로토콜 (Point-to-Point Protocol)
점-대-점 링크에서만 사용됨
HDLC와 유사하지만 오버헤드를 더 줄여 간단
집에 있는 PC를 모뎀으로 전화선을 통해 인터넷에 연결
할 때 많이 사용되었음
사용자 인증
동적 IP 주소 할당
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PPP의 특징
• 비동기 링크와 동기 링크 둘 다 지원
• 링크제어 프로토콜 구비
– 링크에 대한 옵션 협상 가능
• 네트워크 제어 프로토콜 구비
– 여러 네트워크 프로토콜 지원
– 네트워크 설정(예: IP 주소)에 관한 협상 가능
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PPP 프레임 형식
• Flag – HDLC와 같이 0111110b의 8비트로써, 프레임 시작
과 끝 표시
• Address - 11111111b로 고정 (점-대-점 링크에서는 주소
필요 없음)
• Control - 11000000b로 고정 (흐름 제어와 오류제어를 사
용 안함)
• Protocol - Payload 필드에 실리는 사용자 데이터의 종류
• Payload - 사용자 데이터
• FCS - 오류검출코드
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PPP 동작
링크연결설정, 옵션협상
- 링크제어프로토콜
사용자 인증
-사용자인증 프로토콜
데이터 교환 - 네트워크제어프로토콜
12
링크 제어 프로토콜
•
•
•
•
LCP: Link Control Protocol
링크의 설정, 유지, 형성과 해제 담당
두 단말간의 선택사항에 대한 협상 기능 제공
PPP 프레임에 캡슐화된 LCP 패킷 포맷
13
LCP 패킷 필드
• 코드 – LCP 패킷의 종류
• ID – 요청에 대한 해당 응답을 찾는데 사용
되는 값
• 길이 – LCP 패킷 전체 길이
• 정보- 선택사항 등과 같은 정보가 실림
14
코드 필드
15
선택 사항 필드
• 가장 공통적인 선택사항
16
PPP 인증
• 자원들에 접근하기를 원하는 사용자의 신
원을 증명
• 프로토콜 종류
– 패스워드 인증 프로토콜 (PAP: Password
Authentication Protocol)
– 챌린지 핸드쉐이크 인증 프로토콜 (CHAP:
Challenge Handshake Authentication Procol)
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PAP
• 2단계 처리 과정
– 사용자는 인증식별자(사용자이름)과 패스워드
를 전송
– 시스템은 식별자와 패스워드의 유효성을 검사
• 단점: 제 3자가 가로챌 수 있다
18
PAP 패킷
19
CHAP
• 3방향 핸드쉐이크(3-way handshake) 인증
– 시스템이 수 바이트 길이의 챌린지 값을 사용
자에게 보냄
– 사용자는 챌린지값과 패스워드를 가지고 미리
약속된 함수를 실행하여 결과값을 만들고 전
송
– 시스템도 동일한 작업 후 결과값을 전송값과
비교
20
CHAP 동작 과정
• 향상된 보안
– 제 3자가 챌린지 값이나 결과값을 알아도 비밀번호는 알수가 없다
21
CHAP 패킷
22
네트워크 제어 프로토콜
• Network Control Protocol (NCP)
• PPP 프레임을 사용하는 네트워크층 프로
토콜(IP, IPX, AppleTalk 등)의 연결 설정 또
는 종료 등을 수행하는 프로토콜들의 집합
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IPCP
• Internetwork Protocol Control Protocol
• IP 패킷을 위한 네트워크 층 연결을 설정 또는 종
료하는 패킷들의 집합
• PPP 프레임에 캡슐화된 IPCP 패킷
24
IPCP 코드 필드
25
예제 2.1
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PPP 요약
• 점 대 점 링크에서의 가장 대표적인 링크
층 프로토콜: PPP
– PPP의 모체 – HDLC
– PPP의 프레임 형식
• Flag/Address/Control/Protocol/Payload/FCS/Flag
– PPP의 보조 프로토콜
• 링크제어프로토콜 - LCP
• 인증프로토콜 – PAP, CHAP
• 네트워크제어프토콜 – NCP 중 IPCP
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3.2 이더넷 (Ethernet)
• LAN에서 사용하는 가장 대표적인 네트워킹 방식
– 전세계 LAN의 거의 대부분이 Ethernet
• 역사
– 1976년 Xerox 사에서 최초 개발, DEC, Intel, Xerox에
서 공동으로 확장시킨 LAN 표준  DIX 표준
– 이후 IEEE에 상정되어 IEEE 802.3 표준이 되었음
• 이더넷의 발전에 따른 세대
–
–
–
–
초기 이더넷 – 10Mbps
고속 이더넷(Fast Ethernet) – 100Mbps
기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet (GbE)) – 1Gbps
10기가비트 이더넷(10Gigabit Ethernet (10GbE)) –
10Gbs
28
2.1.1 CSMA/CD
• 초기 이더넷에서 채용한 MAC 프로토콜
– 참고) 매체접근제어(Media Access Control, MAC)
프로토콜
• 여러 호스트가 공유 매체를 사용할 때 충돌이 발생하지
않도록 조절하거나 충돌발생시 조정을 하는 프로토콜
– 초기 이더넷은 버스 토폴로지였음
• 초기 Ethernet의 가장 큰 특징이 CSMA/CD 였음
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CSMA/CD 원리 (1)
• CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access /
Collision Detection) – 반송파 감지 다중 접속 충
돌 검출 프로토콜
10
20
30
10
20
30
캐리어 감지
(Carrier Sense)
다중 접속
(Multiple Access)
30 10
데이터
10 30
T2
30
데이터
T2
CSMA/CD 원리 (2)
10
30 10
충돌 검출
(Collision Detection)
30
20
10
데이터
T2
10 30
충돌
(Collision)
20
• 충돌이 검출되면 재전송을 하게 된다.
31
데이터
T2
30
CSMA/CD 상세 절차
보낼 프레임 있음
N=0
N은 시도횟수
R x 51.2us 동안
기다림
0과 2K-1 사이의 임
의의 숫자 R을 선택
K=10
K=N
예(사용 중)
캐리어
감지?
아니오(비었음)
9.6us 동안 대기
9.6us는 수신기가 이전 프레임을
처리하게 해주는 interframe gap임
예
아니오
프레임 비트
열 전송
N<=10
예
충돌
검출?
아니오
아니오
전송
완료?
예
전송 성공
예
48비트
잼 신호전송
N=N+1
N<15
아니오
전송 포기
최대 15번까지
재시도
이더넷 프레임 구조
Ethernet(DIX), Revised IEEE 802.3
Original IEEE 802.3
이더넷 프레임 필드
• Preamble(101010…패턴의 7바이트) - 프레임 도착 알
림, 타이밍 기능 제공
• SFD(Start frame delimiter) - 프레임 시작을 나타내는 비
트열, 10101011
• DA(Destination address) - 목적지 주소
• SA(Source address) - 발신지 주소
• Type – 이 프레임에 어떤 상위 계층 프로토콜의 패킷이 실
려 있는 지를 나타냄
– 0x0800 : IP, 0x0806: ARP
• Data - 46~1500 바이트길이
• CRC - 오류 발견정보, CRC-32
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이더넷 프레임 길이
• 최소길이
– 충돌이 검출되기 전에 프레임 전송이 끝나면 충돌이 검출될 때 자신이
보낸 프레임에 의한 충돌인지 알수가 없다.
– CSMA/CD의 올바른 동작을 위해서는 충돌검출최대시간동안 전송이 끝
나버리면 안된다.
– 최소길이 – 64 bytes(512 bits), 데이터필드 최소 길이 = 64 – 18 = 46
bytes
– 데이터길이가 46bytes보다 작으면 padding bytes를 붙인다.
• 최대길이
– 1518 bytes, 데이터필드 최대길이 = 1518 – 18 = 1500 bytes
6 바이트
6 바이트
2 바이트
최소 46 바이트 ~ 최대 1500 바이트
4 바이트
목적지 주소
발신지 주소
타입
데이터 및 패딩
CRC
최소 64 바이트 ~ 최대 1518 바이트
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2.1.2 이더넷 주소
 Ethernet 상에서 각 장비의 NIC(Network Interface
Card)들이 보유하고 있는 48bit(6 octet, octet: 8bits)
의 고정된 주소
• 동의어
– MAC address, Physical address(물리주소), Hardware address
• 표기법
– 06-01-02-01-2C-4B
– 06:01:02:01:2C:4B
– 0060.978F.4F86
• 구조
제조자 코드
24 bits
일련번호
24 bits
• 제조자 코드는 OUI (Organizational Unique Identifier) code라고도 함
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Unicast/Broadcast/Multicast 이더넷 주소
• 유니캐스트(unicast) 이더넷 주소
– 유니캐스트 – 일 대 일 통신
– NIC의 주소
• 브로드캐스트(broadcast) 이더넷 주소
– 브로드캐스트
• 하나와 불특정한 다수와의 통신
• Broadcast domain에 있는 모든 PC가 브로드캐스트 프레임을 받음
– 보통, 브로드캐스트 주소는 모든 비트가 “1”이다
– 이더넷의 Broadcast MAC address: FFFF.FFFF.FFFF
• 멀티캐스트(multicast) 통신
– 멀티캐스트
• 하나와 특정한 다수(멀티캐스트 그룹)와의 통신
– 이더넷의 Multicast MAC address: 01-00-5e + (bit 0) + (IP 주소 하
위 23 bits)
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참고) 이더넷의 멀티캐스트 주소
• 상위 24비트값: 01-00-5e
• 하위 24비트의 첫번째 비트는 항상 0이고
멀티캐스트 IP 주소 중 하위 23비트가 이
더넷 주소의 하위 23비트로 매핑됨
• 예) 어떤 호스트가 239.3.3.3이라는 멀티캐
스트 그룹에 가입하였다면, 자신의 MAC
주소에 해당하는 프레임 이외에 이더넷 주
소가 01-00-5e-03-03-03인 이더넷 프레임
을 수신하게 됨.
38
초기 10Mbps 이더넷
• 초기 10Mbps 이더넷의 종류
• 표기형식
전송속도
(Mbps)
10Base?
전송대역
Base  Baseband
10Base-?
최대전송거리
(100m 단위)
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전송매체
T – twisted pair
F – fiber
10Mbps 이더넷 표준의 종류 (1)
• 동축 케이블(coaxial cable)을 사용하는 표준
– 10Base5
• 최대전송거리 500m, thick cable (or yellow cable),
• 주로 backbone cable로 사용하고 이로부터 transceiver cable을 이용해 PC의
LAN card로 연결, AUI(15 pin) interface 사용
• 리피터를 사용해 최대 2500m까지 확장할 수 있음
– 10Base2
• 최대전송거리 200m(정확히는 185m), Thin cable, BNC 커넥터
10Base2
10Base5
40
10Mbps 이더넷 표준의 종류 (2)
• UTP를 사용하는 표준
– 10Base-T – 10Mbps, 최대전송거리 100m, category 3,4,5 UTP cable,
RJ45 jack
• 광섬유(optical fiber)를 사용하는 표준
– 10Base-FL (fiber-optic) – 10Mbps, single mode or multimode optical
cable, ST connector
충돌영역: 동시에 보낼 때 충돌이 발생하는 영역
충돌영역
41
초기 이더넷의 변형
•
•
•
Collision Domain이 작을 수록 전송 효율이 높아짐
하나의 포트에 연결된 호스트들만 동일한 Collision Domain에 속하도록
Collision Domain을 분할하여 줄인 네트워크 장치가 브리지
브리지 동작 – 다른 세그먼트 간 프레임 전달, 동일 세그먼트 간 프레임 차단
그림 a에서는 모든 장치가 송수신한다면 10/12 Mbps만큼만 사용할 수 있다.
Segment A
Segment B
• 브리지(bridge)로 네트워크 분리
• 브리지는 그룹별 스테이션들의 주소를 저장하고서 유입되는 프레임의
주소에 따라 그룹 내 프레임은 전달하지 않고 그룹간 프레임만 전달함
• 그림 b에서 모든 장치가 송수신한다면 10/6 Mbps만큼 (실제로는 브리지
42 있다.
도 전송하므로 10/7 Mbps) 사용할 수
브리지형 이더넷
• 충돌 영역(collision domain)의 분리
– 충돌영역(아래그림의 노란색 영역)내 지국의 수가 줄어들기 때문
에 충돌확률이 크게 감소함
세그먼트 3
세그먼트 1
세그먼트 2
세그먼트 4
(4개의 세그먼트로 분할된 네트워크)
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스위치 (Switch)
• Collision Domain을 극단적으
로 줄여서 포트 별로 Collision
Domain을 나눠버린 네트워크
장치가 스위치
• 반이중(Half Duplex) 스위치
반이중 스위치
– Half duplex란? 송신과 수신이
동시에 안되고 시간을 나누어
전송하는 것
– Collision Domain에는 PC와
그 PC가 연결된 스위치의 포
트만 속함
• 전이중(Full Duplex) 스위치
– Full duplex란? 송신과 수신을
동시에 전송할 수 있는 것
– Station과 Switch 포트간에 송
신과 수신 라인을 별도로 사
용
– 충돌이 발생할 수 없어 최적
전이중 스위치
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허브와 스위치의 비교
허브는 충돌영역을 나누지 못하지만,
스위치는 충돌영역을 분할한다.
45
2.1.7 고속 이더넷 (Fast Ethernet)
• 지원 속도 – 100 Mbps 속도
• 표준 규격 – IEEE 802.3u
• 초기 이더넷과의 하향 호환성 유지
– 프레임 형식, 최대 및 최소 프레임 길이, 주소 형식이 10Mbps 이더넷과
동일
• 자동협상 (autonegotiation)기능 지원
– 호스트와 허브(스위치)가 동작 모드나 데이터율에 대한 협상을 할 수 있
도록 만든 것
– 100 Mbps 장치가 10 Mbps로 설계된 장치와 통신할 수 있음
• 지원 토폴로지
46
고속 이더넷의 종류
• 종류
2쌍
2선
4쌍
x : 2선(쌍), 4 : 4쌍
전기선은 1쌍이 기본이지만, 광섬유는 1가닥이 기본
47
고속 이더넷 표준의 종류
특징
100Base-TX
100Base-FX
100Base-T4
매체
Category 5 UTP
Fiber
Category 3 UTP
선의 개수
2쌍
2심
4쌍
최대 전송거리
100m
2km
100m
블록 인코딩
4B/5B
4B/5B
-
라인 인코딩
MLT-3
NRZ-I
8B/6T
SC connector
: 주로 사용
ST connector
48
2.1.8 Gigabit Ethernet (GbE)
• 특징 - 1Gbps 지원, 전이중 방식만 지원
• 표준
– IEEE 802.3z
특징 규격1000Base-SX
1000Base-LX 1000Base-CX
1000Base-T
매체/레이저
Fiber/단파장
Fiber/장파장
STP
Cat. 5E UTP
선의 개수
2심
2심
2쌍
4쌍
최대 전송거리
550m
5km
25m
100m
블록 인코딩
8B/10B
8B/10B
8B/10B
-
라인 인코딩
NRZ
NRZ
NRZ
4D-PAM5
사용안함
62.5um 코어직경: 275m
50um 코어직경: 550m
멀티모드파이버(MMF) – 550m
싱글모드파이버(SMF) – 5km
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2.1.9 10Gigabit Ethernet (10GbE)
•
•
•
•
특징 – 10Gbps 지원, MAN/WAN에서 사용할 수 있음
표준화 – 2002년 2월, IEEE 802.3ae
SR: Short Range
기존 이더넷과의 호환성 유지
LR: Long Range
ER: Extended Range
지원 토폴로지 – 점 대 점, 스타
특징
10GBase-SR
10GBase-LR
10GBase-ER
매체
MMF
SMF
SMF
레이저 파장
850nm
1310nm
1550nm
최대 전송거리
300m
10km
40km
• 10GBase-ZR : 광섬유, 최대전송거리 80km
• 10GBase-T: UTP, Cat. 6는 55m, Cat. 6a: 100m
• 10GBase-CX4: STP
50
이더넷 요약
• LAN의 가장 대표적인 링크층 프로토콜: 이더
넷(Ethernet)
– 이더넷의 MAC 프로토콜 – CSMA/CD
– 이더넷의 프레임 형식
• 6바이트 목적지 주소 / 6바이트 발신지 주소 / 타입 /
데이터 / FCS
– 이더넷의 속도별 표준 규격
•
•
•
•
초기 이더넷 -10Mbps
고속 이더넷 – 100Mbps
기가비트 이더넷 – 1Gbs
10기가비트 이더넷 – 10Gbps
51

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