이더넷 프레임은 어떻게 전송됩니까?

1 이더넷 분류

이더넷은 여러 데이터 터미널 공유 전송 버스를 특징으로 합니다. 이더넷은 버스 전송 속도에 따라 10 Mbit/s 이더넷, 100 Mbit/s 이더넷, 1 000 Mbit/s 이더넷 및/kloc 로 나눌 수 있습니다 이더넷은 버스 전송 미디어에 따라 동축 케이블 이더넷, 트위스트 페어 이더넷 및 광섬유 (다중 모드, 단일 모드) 이더넷으로 나눌 수 있습니다.

2 CSMA/CD (carrier sension multiple access/collision detection) 프로토콜

* * * 즐거운 이더넷의 핵심 아이디어는 여러 호스트를 공유하는 것입니다 * * * 하나의 공용 * * * 전송 채널을 공유합니다. 전화 통신에 시분할, 주파수 분할 또는 코드 포인트를 사용하여 여러 사용자 터미널이 공용 전송 채널을 공유할 수 있도록 합니다. 그러나 데이터 통신에서는 데이터가 돌발적이며, 고정 슬롯, 주파수 대역 또는 채널을 데이터 통신에 사용하면 자원 낭비가 발생할 수 있습니다.

여러 호스트 * * * 가 아무런 조치 없이 공용 전송 채널 (버스) 을 공유하면 충돌과 충돌이 불가피합니다. CSMA/CD 프로토콜은 여러 호스트 경쟁 공용 전송 채널을 해결하기 위해 개발되었습니다.

(1) 캐리어 수신 멀티플렉싱 (CSMA)

각 이더넷 프레임 (MAC 프레임) 에는 호스트와 호스트의 물리적 주소 (MAC 주소) 가 있습니다. 네트워크의 호스트가 MAC 프레임을 전송하려고 할 때 먼저 채널을 수신해야 합니다. 채널이 유휴 상태이면 보냅니다. 채널에서 반송파 (베이스밴드 신호) 가 발견되면 전송되지 않고 채널이 유휴 상태일 때 즉시 전송되거나 일정 기간 동안 임의 시간 전송을 연기하여 충돌 횟수를 크게 줄일 수 있습니다.

(2) 충돌 감지 (CD)

충돌 감지의 경우 일반적으로 버스의 신호 진폭이 정상치를 초과할 때 충돌이 발생한 것으로 간주됩니다. 이 감지 방법은 신호가 회선을 통해 전파될 때 감쇠가 있기 때문에 오류가 발생하기 쉽다. 두 호스트가 멀리 떨어져 있을 때, 상대방 호스트의 신호가 이미 약해서 로컬 호스트의 신호와 겹쳐질 때 충돌 감지 범위에 도달하지 못하면 오류가 발생합니다. 이를 위해 IEEE 802? 표준의 케이블 길이가 제한됩니다. 현재 널리 사용되고 있는 충돌 감지 방법은 호스트의 발신자가 케이블로 데이터를 보내고, 호스트의 수신측이 데이터를 다시 수신한 다음 전송된 데이터와 비교하여 일관성이 있는지 확인하는 것입니다. 만약 그것들이 일치한다면, 충돌이 일어나지 않을 것이다. 일치하지 않으면 충돌이 있는 것입니다.

3 MAC 프레임 형식

각 프레임은 7 바이트의 사전 동기화 코드로 시작합니다. 전면 동기화 코드는 대상 호스트의 수신기 클럭과 소스 호스트의 송신기 클럭을 동기화하는' 10 10' 의 대체 코드입니다. 다음은 프레임 시작 구분 바이트 "10101011"이 프레임 시작을 나타냅니다.

프레임에는 대상 주소와 소스 주소의 두 가지 주소가 포함됩니다. 대상 주소의 가장 높은 비트가 "0" 이면 일반 주소입니다. 1' 이면 그룹 주소를 나타냅니다. 주소의 다음으로 가장 높은 비트는 로컬 주소인지 글로벌 주소인지 구별하는 데 사용됩니다. 로컬 주소는 로컬 네트워크 관리자가 지정합니다. 이 로컬 네트워크가 없으면 주소는 의미가 없습니다. 글로벌 주소는 IEEE 에 의해 균일하게 할당되므로 전 세계 두 호스트가 동일한 글로벌 주소를 가지고 있지 않습니다. 약 7× 10 13 개의 글로벌 주소를 허용합니다. 글로벌 주소는 글로벌 MAC 프레임 주소 지정에 사용할 수 있습니다.

데이터 필드 길이는 데이터 필드에 있는 데이터의 바이트 수를 0 ~ 1 500 으로 제공합니다. 데이터 필드 길이 "0" 은 적합하지만 프레임이 너무 짧으면 전송 중 문제가 발생할 수 있습니다. 한 가지 이유는 호스트가 충돌을 감지하면 전송을 중지하기 때문입니다. 이 시점에서 일부 데이터가 케이블로 전송되었지만 대상 호스트는 올바른 프레임인지 스팸인지 쉽게 구분할 수 없습니다. 이를 위해 IEEE 는 정확한 길이가 64 바이트보다 커야 하며, 64 바이트보다 작은 경우 프레임의 최소 길이를 채워진 필드로 채워야 한다고 규정하고 있습니다.

4 이더넷 상호 연결

OSI 7 계층 모델에 따르면 이더넷은 아래 3 층과 위 3 층에서 상호 연결할 수 있습니다. 상호 연결을 구현하는 네트워크 요소 디바이스에는 중계기, 허브, 브리지, 라우터, 스위치 및 게이트웨이가 포함됩니다.

4. 1 리피터

중계기는 OSI 계층 7 모델의 물리적 계층에서 작동합니다. 디지털 펄스 신호가 일정한 거리를 지나 전송되면 감쇠와 파형 왜곡이 발생하므로 수신측에서 오류 코드가 발생할 수 있습니다. 중계기의 역할은 네트워크를 통해 전송되는 데이터 신호를 재생성 (확대 및 성형) 하여 LAN 의 범위를 확대하는 것입니다.

중계기는 물리적 계층에서 작동하며 상위 계층 프로토콜에 완전히 투명합니다. 중계기를 통해 연결된 두 네트워크는 링크 계층의 한 네트워크와 같습니다. 중계기는 거리를 연장했을 뿐이지만 격리 및 확장 유효 대역폭을 제공할 수는 없습니다.

4.2 허브

허브는 스타 구조의 다중 포트 중계기와 같으며 각 포트에는 데이터를 보내고 받을 수 있는 기능이 있습니다. 포트는 해당 포트에 연결된 호스트에서 데이터를 수신할 때 데이터를 다른 포트로 전달합니다. 각 포트는 데이터를 전달하기 전에 재생성, 성형 및 스케줄 조정합니다.

허브는 다단계 스타 구조로 연결될 수 있지만 가장 멀리 떨어진 두 호스트는 최대 전송 지연에 의해 제한되며 몇 단계까지만 연결할 수 있습니다. 연결된 호스트가 너무 많으면 버스 부하가 심하고 충돌이 잦아 네트워크 활용도가 떨어집니다.

허브는 중계기와 마찬가지로 OSI 7 계층 모델의 물리적 계층에서 작동하며 격리를 제공하지 않으며 다중 포트 중계기와 같습니다.

4.3 다리

브리지는 OSI 7 계층 모델의 링크 계층 (MAC 계층) 에서 작동합니다. 이더넷 프레임이 브리지를 통과할 때 브리지는 프레임의 소스 및 대상 MAC 주소를 확인합니다. 두 주소가 서로 다른 네트워크에 속하는 경우 브리지는 MAC 프레임을 다른 네트워크로 전달하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 따라서 브리지에는 MAC 프레임을 필터링하고 전달하는 기능이 있어 네트워크를 격리할 수 있습니다. * * * 공유 네트워크의 경우 네트워크 간 격리는 네트워크의 유효 대역폭을 높이는 것을 의미합니다.

가장 간단한 브리지 형태는 두 개의 LAN 을 연결하는 이중 포트 브리지입니다. 여러 개의 LAN 이 상호 연결된 경우 네트워크의 유효 대역폭을 줄이지 않으려면 다중 포트 브리지 또는 이더넷 스위치를 사용할 수 있습니다. 그러나 링크 계층에서 이러한 작업을 사용하는 장치에는 다음과 같은 단점이 있습니다.

(1) 다중 포트 브리지 또는 이더넷 스위치에는 간단한 라우팅 테이블이 하나만 있습니다. 한 포트에서 패킷을 수신하면 장치가 대상 주소에 따라 해당 출력 포트를 찾을 수 없는 경우 모든 포트로 패킷을 브로드캐스트하므로 네트워크 규모가 큰 경우 브로드캐스트 스톰 (broadcast storm) 이 발생하기 쉽습니다.

(2) 다중 포트 브리지 또는 이더넷 스위치에는 링크 계층 프로토콜 변환 기능이 없어 이더넷과 X.25, FR, N-ISDN, ATM 등 다양한 프로토콜을 통한 네트워크 상호 연결이 불가능합니다.

4.4 라우터

라우터에는 네트워크 토폴로지 및 로드의 변화에 따라 적시에 유지 관리할 수 있는 크고 복잡한 라우팅 테이블이 있습니다. 라우터가 포트 입력 패킷에 해당하는 출력 포트를 찾을 수 없는 경우 해당 패킷이 삭제됩니다. 라우터가 방송 메커니즘을 폐지했기 때문에 방송 폭풍을 억제할 수 있다.

4.5 게이트웨이

게이트웨이는 OSI 7 계층 모델의 상위 3 계층, 즉 대화 계층, 표현 계층 및 애플리케이션 계층에서 작동합니다. 게이트웨이는 완전히 다른 두 네트워크를 상호 연결하는 데 사용되며 상위 계층 프로토콜의 변환 기능을 특징으로 합니다. 게이트웨이의 가장 일반적인 응용 프로그램은 IP 전화 게이트웨이입니다. IP 전화 게이트웨이가 64 kbit/s 인코딩 음성 및 No 를 시분할 재사용합니까? 7*** 채널의 신호는 IP 패킷으로 변환되어 인터넷으로 전송되므로 PSTN 과 인터넷이라는 완전히 다른 네트워크를 연결할 수 있습니다.

5 이더넷 스위치

5. 1 이더넷 스위치의 기본 원칙

대규모 네트워크의 효율성을 높이기 위해서는 네트워크의 유효 대역폭을 높이기 위해 링크 계층에서 네트워크를 분할해야 합니다. 소규모 네트워크의 경우 브리지를 사용하여 네트워크를 세그먼트화할 수 있습니다. 대규모 네트워크의 경우 이더넷 스위치를 사용하여 네트워크를 세그먼트화하는 경우가 많습니다. 즉, * * * 단독 이더넷은 이더넷 스위치에 의해 여러 네트워크 세그먼트로 나뉩니다. 세그먼트 네트워크를 스위치 이더넷이라고 합니다. 스위치 이더넷에서는 각 네트워크 세그먼트에서 작동하는 호스트는 여전히 CSMA/CD 메커니즘을 사용하며, 각 네트워크 세그먼트를 연결하는 스위치는 라우팅 메커니즘을 사용합니다. 하나의 * * * 단독 이더넷에 m 개의 대역폭이 있고 * * n 개의 호스트가 있는 경우 호스트당 평균 대역폭은 m/n 이고, 네트워크에 8 개의 이더넷 스위치를 도입하여 네트워크를 8 개의 세그먼트로 나누면 각 세그먼트의 대역폭은 여전히 m 이고 총 대역폭은 8M 으로 넓어집니다.

현재 중대형 이더넷은 다중 스위치 캐스케이딩 작업 모드를 도입했습니다. 일반적으로 사용자 수준 스위치는 1 개 포트를 1 개 호스트에 연결할 수 있으므로 호스트는 네트워크 자원을 다투지 않고도 연결 포트의 모든 대역폭을 즐길 수 있습니다.

이더넷에 스위치를 도입하여 네트워크를 분할한 후 네트워크 용량을 무제한으로 확장할 수 있습니까? 대답은' 아니오' 입니다. 이더넷 스위치의 MAC 프레임 주소 지정은 브로드캐스트 방식을 사용하므로 네트워크가 너무 큰 경우 브로드캐스트 스톰 (Broadcast Storm) 이 발생하기 쉽습니다. 이를 위해서는 라우터가 네트워크 계층에서 네트워크를 분할해야 합니다. 라우터는 컴퓨터 네트워크를 여러 서브넷으로 나누어 기본 이더넷의 브로드캐스트 도메인을 줄이고 브로드캐스트 폭풍을 억제합니다.

5.2 이더넷 스위치의 라우팅 모드

스위치의 포트 중 하나가 MAC 프레임을 수신하면 스위치의 첫 번째 작업은 MAC 프레임의 대상 주소를 기준으로 출력 포트를 찾은 다음 MAC 프레임을 출력 포트로 전달하는 것입니다.

일반적으로 이더넷 스위치에는 수신된 MAC 프레임의 대상 주소를 기준으로 각 MAC 프레임에 대한 출력 포트를 선택하는 라우팅 테이블이 있습니다.

(1) 고정 경로

고정 라우팅은 스위치가 각 포트와 해당 대상 주소를 나타내는 수동으로 구성된 라우팅 테이블을 가지고 있음을 의미합니다. 고정 라우팅은 라우팅 방법이지만 네트워크 크기가 너무 크면 라우팅 테이블을 구성하는 것은 매우 까다로운 작업이 될 수 있습니다. 또한 스위치가 있는 네트워크는 네트워크 구성을 변경하거나 호스트를 추가 또는 제거하는 경우가 많기 때문에 네트워크 관리자가 토폴로지 변화에 맞게 라우팅 테이블을 적시에 업데이트하기가 어렵습니다.

(2) 자체 학습 라우팅

실제 응용 프로그램에서는 네트워크 토폴로지의 변화에 자동으로 적응할 수 있도록 자체 학습 방법을 사용하여 동적 라우팅 테이블을 설정하는 경우가 많습니다. 동적 라우팅 테이블은 수동으로 라우팅 테이블을 설정하여 자체 학습 프로세스를 통해 지속적으로 수정할 수 있습니다.

자체 학습이란 각 포트에 도달하는 MAC 프레임의 소스 주소를 기준으로 라우팅 테이블을 설정하거나 새로 고치는 것입니다. 스위치가 X 포트에서 MAC 프레임을 수신하고 MAC 프레임의 소스 주소가 A 주소인지 확인한다고 가정합니다. 즉, 대상 주소가 A 주소인 모든 MAC 프레임은 X 포트를 통해 전달되어야 합니다. 스위치 제어 섹션은 x 포트에서 소스 주소가 a 인 MAC 프레임을 수신한 후 라우팅 테이블을 확인합니다. 라우팅 테이블의 대상 주소 항목에 A 주소가 없으면 A 주소 내용을 X 포트의 대상 주소 항목에 추가합니다. 라우팅 테이블의 대상 주소 중 하나가 a 주소이고 해당 포트가 y 포트인 경우 라우팅 테이블을 수정해야 합니다.

위에서 볼 수 있듯이 이더넷 스위치는 브로드캐스트 프레임 및 자체 학습 방법을 사용하여 라우팅 테이블을 설정합니다. 라우팅 테이블 구성이 완료되면 후속 이더넷 프레임은 대상 MAC 주소 (태그 없음) 및 라우팅 테이블을 기준으로 경로를 선택하여 소스 호스트에서 대상 호스트로의 가상 회로를 형성합니다.