Ethernet은 분산된 컴퓨터간에 데이타를 교환해주는 통신 체계 중의 하나로, 80년에 최초의 제품이 공개된 이래
LAN 업계에서 가장 널리 사용되고 있는 프로토콜 중의 하나이며, 역사는 하와이의 ALOHA 대학에서 부터 시작된다. ALOHA 대학은 하와이
군도의 4개 섬에 분산된 7개의 캠퍼스에서 사용하고 있는 각종 컴퓨터 및 단말을 하나의 통신망으로 구성하여 통신을 하고자 했다. 그러나 각 섬에
분산되어 있는 단말과 컴퓨터는 지리적 제한으로 인하여 무선방송을 택할 수 밖에 없었고, 전송매체인 공기중의 채널에 대한 억세스제어에도 어려움이
있어서 중앙의 제어장치가 없이 구성되었다. 원리는 이러하다. 단말 및 컴퓨터 등 스테이션이 데이타를 전송하고자 원하면, 먼저 전송매체상의 신호
유무를 살펴본다. 만약 전송매체상에 신호가 없다면 즉시 전송을 시작하고, 매체상에 이미 신호가 존재하고 있다면 스테이션은 데이타가 사라질 때
까지 전송을 보류한다. 데이타가 송신된 후 스테이션은 상대편으로 부터 수신했다는 사실을 알려주는 응답이 돌아오기를 기다린다. 만약 응답이 없으면
데이타의 송신이 실패했다고 간주하고 일정 시간 기다렸다가 다시 데이타를 전송한다. 이상의 절차가 가장 초보적인 수준의 것으로
CSMA(carrier sense multiple access)라 부른다. CSMA방식은 단순한 반면에 처리할 수 있는 통신량이 지극히 제한되어
네트워크의 사용율을 최대로 높이더라도 사용율은 이론적인 전체 용량중 겨우
18%밖에 안된다.
초기의 ALOHA 네트워크의 사용율을 개선한 slotted ALOHA 네트워크의 사용효율은 초기의 ALOHA에 비하여 약 2배인 37%로
개선되었으나 역시 낮은 수준에 머물렀다.
73년, 캘리포니아주에 있는 Xerox사의 연구소인 Palo Alto Research Center(PARC)에서 몇몇 기술자들이 Alto라
부르는 연구용 소형 컴퓨터 (현재의 XT급에 해당하는 것으로 16 bit CPU에 128 Kbyte의 메모리를 가진 규모)와
고속 네트워크를 개발하기 시작하였다.
이 개발의 목적은 각 사무실에 있는 모든 책상에 개인용 컴퓨터를 한대씩
설치해 놓고 이들을 전체적으로 연결함으로써 직원간의 정보교환을 용이하게 하자는 것이었다.
Xerox는 당시에 개발되어 있는 여러 가지 네트워크를 분석해 본 결과 ALOHA의 CSMA 방식이 토큰패싱
(token passing) 방식에 비하여 근본적으로 더 신뢰성이 높다고 판단하여 ALOHA 네트워크를 개발의 기본
모델로 삼았다.
그러나 이미 언급한 바와 같이 ALOHA 네트워크에서는 채널 억세스 시에 충돌이 발생하고, 충돌에 따른
대책이라고는 한참을 기다렸다가 응답이 오지않으면 재전송을 하는 것이 고작이었다.
이들이 충돌로 인한 비효율을 극복하기 위하여
고안한 방안은 CSMA를 바탕으로 하되 충돌을 감지(Collision Detection) 한다 해서 CSMA/CD라고 이름을 붙였다.
75년, 2년 여에 걸친 연구 끝에 오늘날의 Ethernet의 시초가 되는 실험적 제품을 만들어 냈다.
이때 개발한 Ethernet은 동축케이블에서 2.94Mbps의 속도로 작동하고 1Km의 거리 내에서 256대의 스테이션을
연결할 수 있는, 당시로서는 혁명적인 능력을 가진 것이었다.
75년부터 79년 사이에 Xerox사는 30개 이상의 실험망을 설치하여 성능 시험을 한 결과 Ethernet은 채널의 총용량
중 97%까지를 사용할 수 있으며 모든 상황에서 안정적이라는 평가를 받았다.
그러나 당시 개발한 네트워크는 상용화되지 못했기 때문에 현재는 실험적 (Experimental) Ethernet이라 부르고 있다.
Xerox는 실험적 Ethernet에서 얻은 경험을 바탕으로 79년 초에 DEC, Intel과 2세대 시스템의 개발에 착수하여
80년 9월 Ethernet Specification이라 부르는 버전 1.0이 이들 3사의 이름으로 발표되었다.
실험적 Ethernet과
버전 1.0은 CSMA/CD를 기본 골격으로 한다는 점에서는 별 차이가 없으나, 물리적 측면에서의 변화를 본다면
전송속도가 2.94Mbps에서 10Mbps로 개선된 것이다.
전송속도가 높아지면서 당연히 네트워크의 성능은 높아졌지만
속도가 너무 높아졌기 때문에 segment의 최대 길이는 오히려 1Km에서 500m로 줄어들었으나 리피터를 사용하여
두 segment를 연결함으로써 네트워크의 길이를 확장하는 것을 대안으로 제시하였다.
전송지연 문제가 있기 때문에 한 네트워크에서 사용할 수 있는 리피터의 최대수를 4개로 제한함으로써
네트워크의 최대 길이는
2.5 Km가 되었다. 거리가 늘어남에 따라 스테이션의 수도 256개에서 1024개로 증가했고 트랜시버의 수는
최대 100개가 되었다.
이같은 물리적 변화와 더불어 프레임의 내용도 개선되어 과거의 네트워크보다 훨씬 발전하여 실험적 Ethernet에
갖추어져 있던 preamble, 송.수신지 주소, type, FCS 항목이 새롭게 개선된다. 수신 스테이션과 동기를 맞추기
위하여 사용되는 1 bit의 preamble은 최악의 상황에서도 무리 없이 동기를 맞출 수 있도록 64 bit로 증가하였다.
또한 주소항목도 8 bit에서 48 bit로 변경되어 네트워크의 연결 범위가 넓어져 주소지정에 있어서의 한계도
극복한다. 48 bit를 사용하면 주소지정의 범위가 넓어지고 체계적 주소지정이 가능해 지므로 외부의 네트워크와
연결하는데 있어서 주소중복의 문제를 해결 할 수 있다.
네트워크에서 중요한 비중을 차지하고 있는 에러검출의 문제도 전송에러 감지하기 위해 사용하던 16 bit의
FCS항목이 버전 1.0에서는 32 bit CRC로 확장되어 신뢰성을 높이는데 한몫을하였다.
IEEE 802 프로젝트가 진행중이던 81년, Ethernet을 개발한 3사는 Ethernet을 국제 표준으로 지정받기 위하여 802 위원회에 참여하여 버전 1.0을 개선하는 작업을 진행하였다.
그러나 새로 채택하게 될 표준과 버전 1.0과의 호환성 문제가 생기게 되므로 이를 해결하기 위하여 82년 12월에 Ethernet 버전 2.0을 발표하게 된다.
버전 2.0에서는 신호처리특성을 개선함으로써 네트워크의 총거리를 2.5Km에서 2.8Km로 조금 더 확장하였다.
또다른 변화는 충돌발생의 보고, 재전송 횟수, 전송지연등 네트워크의 관리기능을 추가함으로써 네트워크의 기능을 대폭 향상시킨 것이었다.
이 기능은 당시 LAN 분야에서 연구되고 있던 아이디어를 수용하여 네트워크의 능력을 크게 향상시킨 것이었으나 데이타 링크 계층의 범위를 벗어나는 것으로 간주되어 IEEE의 표준화 작업에서는 표준기능에서 배제된다.
83년 하반기, IEEE 802.3 Working Group의 표준화 작업이 마무리되어 IEEE 표준위원회에서는 802.3 CSMA/CD 네트워크라는 이름으로 LAN 표준을 발표하였다.
Ethernet 사양 중 일부 내용이 수정된 것을 제외하고는 문구가 그대로 반영될 정도로 Ethernet은 802.3 표준에 절대적 영향을 미쳤다. 83년에 통과된 802.3 사양은 브로드밴드, thin 베이스밴드, 전화회선 등을 전송매체로 사용할 수 있고, 최대 전송거리는 500 m, 전송속도는 1 내지 20 Mbps로 되어 있었으나, 85년 개정된 사양은 전송매체는 베이스밴드 동축케이블만을 사용하고 전송속도도 10 Mbps만이 가능하도록 변경되었다.
84년에는 802.3 표준이 ANSI에서 미국 표준으로 승인되었고 85년에는 OSI에서는 ISO 8802/3으로 인정함으로써 Ethernet은 국제적으로 인정된 표준 네트워크가 되었다.
10BASE-5가 발표된 후 86년에는 10BASE-5의 변형된 표준인10BASE-2가 IEEE 802.3 위원회에서 추가로 승인되었다. 당시만해도 여타의 네트워크들은 막 세상에 등장하고 있던 단계였기 때문에 당분간은 Ethernet만이 LAN의 표준으로 존재하게 된다.
표준 2가지를 공인한 이후에도 IEEE 802.3 위원회는 1BASE-5, 10BROAD-36, 10BASE-T, 10BASE-F, 100BASE-TX 등의 표준을 계속해서 추가로 승인하며 오늘에 이르게 된다.
년도
주요사항
73년
Ethernet 개발 시작
76년
Ethernet에 관한 최초의 논문 발표
79년
DEC,Intel, Xerox가 공동 개발 착수
80년
Ethernetn 버젼 발표
Xerox에서 Ethernet 제품 출하
82년
Ethernet 버젼2.0 발표
83년 IEEE에서802.3 CSMA/CD 표준 승인 (10BASE-5
84년
ANSI에서 표준으로 승인
85년
OSI에서ISO 8802/3으로 인정
86년
10BASE-2 승인
twisted pair용 Ethernet 개발완료
90년
10BASE-T승인
91년
10BASE-F승인
96년
100BASE-TX승인
[표] Ethernet의 역사
Ethernet에서의 억세스제어방식인 CSMA/CD는 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection의 약자로서 원리는
비교적 단순하다. 그림 1에서와 같이 데이타를 전송하고자 원하는 스테이션은 먼저 다른 스테이션에서 데이타를 전송하고
있는지 여부를 판단하기 위해 전송매체의 상태를 살펴본다(carrier sense).
어떠한 경우라도 아무도 회선을 사용하고있지
않은 경우에만 데이타를 전송할 수 있으므로 만약 매체상에서 데이타가 전송되고 있다면 데이타가 모두 사라질 때까지
대기하고 아무도 매체를 사용하고 있지 않다면 데이타를 전송한다(multiple access).
이상의 과정이 전형적인 CSMA으로
CSMA만을 사용하게 될 경우에는 두개이상의 스테이션이 동시에 데이타 전송을 시작하면 충돌이 발생하여 데이타가 파괴되는
경우가 발생한다. 이에 대비하여 송신한 스테이션은 매체상의 충돌을 일정시간동안 감시한다.
즉, 데이타를 전송한
스테이션은 전송한 신호와 수신된 신호를 비교함으로써 충돌발생 여부를 감지(collision detection)한다.
전송 도중에 충돌을 감지하면 충돌을 발견한 스테이션은 전송을 중지하고 즉시 짧막한 jamming 신호를 방송
함으로써 충돌이 발생하였다는 사실을 모든 스테이션에게 알린다.
잠시 후 네트워크에 연결된 모든 스테이션은 jamming 신호를 수신하고 충돌이 발생했다는 사실을 알게 된다.
각 스테이션은 충돌 발생 사실을 알고는 데이타의 전송을 중지한 채 일정한 시간 만큼 대기하였다가 다시 데이타
전송을 시작한다.
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그림1. 매체억세스 절차
그림2. 데이타 전송 절차
일반적으로 사용되고 있는 프로토콜을 보면 송.수신지 주소, 데이타의 길이, 데이타의 유형, 통신제어용 데이타, 전송에러를
검출해내기위한 여분의 데이타 등이 합쳐져서 하나의 프레임을 형성하고 있다.
Ethernet에서도 일반적인 통신에서의 원칙에
따라 데이타 이외에도 여러가지 항목들이 합쳐져서 프레임을 구성하고 있다.
프레임에 관한한 Ethernet과 802.3 표준이 서로
다르기 때문에 혼동이 있을수 있는데 이 글에서는 802.3의 프레임 구조에 대하여 설명하도록 하자.
802.3의 프레임은
그림 3과 같이 preamble, SFD, DA, SA, length, data와 pad, 그리고 FCS의 8개 항목으로 구성되어 있다.
그림 3. 802.3 프레임의 형식
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각 항목의 기능은 다음과 같다.
· Preamble :
전송매체에 연결되어있는 모든 회로를 안정한 상태로 만들고 H/W의 동기를 맞추어 주기 위하여 사용되는
것으로 10101010이 7회 연속 반복되는 56 bit로 구성되어 있다.
· SFD (Start of Frame Delimiter) :
정상적인 프레임의 내용이 시작된다는 사실을 알려주는 용도로 사용되며 10101011의 8bit로 구성되어 있다.
·DA (Destination Address) 및 SA (Source Address) :
데이타의 수신지와 송신지를 알려주는 항목으로 16 bit 또는 48 bit로 되어있다.
·Length :
데이타의 길이를 표시하는 항목으로 2 byte를 차지하고 있으며 802.3 표준에서 length는 46부터 1500까지의 값을
가지도록 제한되어 있다.
· Data :
전달하고자 하는 실지 내용이 들어있는 부분으로 한 스테이션이 전송매체를 지나치게 오랫동안 독점하여
사용하지 못하도록 46 ∼ 1500 byte의 범위로 제한되어 있다.
· Pad :
data가 46 byte가 안되는 짧은 경우에 data의 최소한의 길이를 유지할 수 있도록 부족한 만큼을 메꿔주는
부분으로 의미가 없는 값으로 채워진다.
· FCS (frame check sequence) :
DA 부터 pad까지의 내용을 32 bit CRC방식으로 계산한 값을 채워 넣는 부분이며
에러 검출용으로 사용된다.
앞에서 살펴본 바에 의하면 Ethernet에도 크게 2가지 버전이 있고, IEEE 802.3에도 이미 표준으로 발표된
10BASE-5, 10BASE-2, 1BASE-5, 10BROAD-36, 10BASE-T, 10BASE-F, 100BASE-TX등의 네트워크가 존재하고 있다.
각 표준의 명칭은 약간 생소하지만 전송속도 designtimesp=26090 전송방식designtimesp=26091
예를 들면, 10Mbps에 베이스밴드를 매체로 사용하며 전송 길이가 500 m인 경우는 10BASE-5가 되고, 전화회선 (Twisted pair)를
전송매체로 사용하는 네트워크라면 10BASE-T가 된다. 이제 각 표준 네트워크 중 대표적인 4가지의 특징을 살펴보자.
구분
전송매체
signaling
전송속도
segment길이(m)
네트워크총길이(m)
10BASE-5
동축케이블
베이스밴드 10 Mbps 500 2500?
10 Mbps
500
2500?
10BASE-5
동축케이블
베이스밴드
10 Mbps
185
925
1BASE-5
전화회선
베이스밴드
1 Mbps
500
2500
10BROAD-36
동축케이블
브로드밴드
100 Mbps
1800
3600
10BASE-T
전화회선
베이스밴드
10 Mbps
100
-
10BASE-F
광케이블
베이스밴드
10 Mbps
1000/4000
-
100BASE-TX
광케이블/TP
베이스밴드
100 Mbps
100
-
표2. IEEE 802.3 표준의 사양
10BASE-5: Thick Ethernet
최초의 802.3 표준인 10BASE-5는 명칭에 나타난 바와 같이 10Mbps의 전송속도에 베이스밴드의 동축 케이블을
전송매체로 하고, 한 segment는 500m로 제한되어 있다.
네트워크의 확장시에는 최대 4개까지의 리피터를 사용할 수 있으므로 네트워크는 리피터를 사용하는 경우에
2.5Km까지 확장된다.
각 동축케이블로 구성된 한 segment에는 100개의 스테이션이 연결될 수 있고 한 네트워크내에는 최대 1024개의
스테이션이 연결될 수 있다
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10BASE-2: Thin Ethernet
10BASE-5와 같은 성능을 가지는 10BASE-2는 베이스밴드 신호전송방식을 사용하며 10 Mbps의 전송속도로 규정되어 있다.
그러나 보다 가격이 싸고 전송의 품질이 떨어지는 0.2인치 50 ohm의 동축케이블인 RG58AU 케이블을 사용하기 때문에
한 segment의 최대 길이는 185m로 줄고, 한 segment에는 최대 30개의 스테이션만 연결할 수 있다.
또한 외부에 별도로 연결되는 트랜시버케이블을 없애고, 트랜시버는 NIU에 직접 실장 시킴으로써 비용을 절약하고
설치하기도 편하게 되었다
1BASE-5: StarLAN
네트워크 배선 비용은 전체장비 비용의 약 10 내지 15%에 달하기 때문에 보다 값이 싼것을 요구하는 환경을 겨냥하여 만들어진
네트워크가 ATT사의 StarLAN으로 이 네트워크는 IEEE에서 1BASE-5로 인정되었다.
StarLAN의 가장 큰 매력은 거의 모든 빌딩에 이미 설치되어 있는 전화회선을 사용하며 트랜시버,
케이블 tap이 불필요하고 modular 전화 잭을 사용하기때문에 가격이 상당히 싸다는 점이다.
Ethernet와 같은 베이스밴드 manchester 신호전송방식을 사용하지만 속도는 1Mbps이고, 스테이션은 중앙의 허브(hub)를
중심으로 star방식으로 연결된다.
허브와 스테이션간 또는 허브간의 최대 거리는 250 m이므로 한 허브를 통한 스테이션간의
최대 거리는 500m이고, 그러한 연유로 StarLAN의 명칭은 1BASE-5이다.
10BASE-T : Twisted Pair Ethernet
StarLAN이 상당히 낮은 가격임에도 불구하고 StarLAN의 성능이 좋지 못하기 때문에 시장에서는 그다지 인기를 얻지 못했다.
이 문제에 대한 대안으로 제시되는 것이 10 Mbps의 속도를 유지하며 전화회선을 전송매체로 사용하는 네트워크이다.
802.3 위원회소속의 10BASE-T working group에서는 값이 싸고 설치가 용이한 전화회선을 사용하는 네트워크에 관한 표준을
90년 9월에 10BASE-T라는 이름으로 공표하였다.
10BASE-T는 동축케이블과 같은 정도의 신뢰도를 제공하며 전송속도는 10Mbps로 모든 Ethernet과 동일한 속도이고
StarLAN과 동일한 방식의 구조적 배선방식 및 modular 잭을 사용하게 되고, 단지 전송 거리만 100 m로 제한된다.
10BASE-T는 StarLAN에 비하면 가격이나 전송거리에서 훨씬 불리하지만 성능의 면에서 워낙 유리하기때문에 StarLAN의
보급이 감소하고있는 추세와는 달리 상당한 인기를 끌고 있다
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Ethernet의 특징을 몇 가지 나열한다면 다음의 몇 가지로 압축된다. 즉, Ethernet은 단순하고, 신뢰성 있으며,
가격이 싼 네트워크이다.
많은 수의 스테이션을 연결할 수 있고, 적은 부하에서는 전송에 소요되는 지연 시간이
아주 적으며 문서 화일 처럼 길고, 한꺼번에 전송되는 (burst) 데이타 전송에 적합하다.
또한 규모가 크고, 부하가
많은 경우는 충돌의 빈도가 늘어나고 따라서 성능이 저하되기 시작한다.
그러나 이러한 몇 가지 특성만을 가지고
Ethernet의 특성이 전부 파악되었다고 볼 수는 없다.
이제 Ethernet의 속성을 보다 명확하게 파악하고, Ethernet과
토큰패싱에 관한 몇 가지 잘못된 이해를 바로잡기 위하여 쟁점이 되고있는 주제에 대하여 각 항목별로
살펴보자.
경쟁적 전송과 충돌을 허용하는 것이 Ethernet의 기본골격이다.
충돌이 발생하기 때문에 네트워크상의 스테이션이 데이타 전송을 완료하려면 여러 차례 재전송을 시도하여야 하고
이로 인하여 많은 낭비가 따른다.
따라서 Ethernet의 물리적 전송속도는 높다 하더라도 데이타가 전달되는 실지 속도는 몹시 낮을 수 있다.
특히 스테이션이 연결된 커다란 네트워크에서 통신량이 굉장히 많다면 충돌 횟수가 더욱 많아져서 전체 네트워크의 속도는
느려질 수 있다.
이러한 이유로 인하여 Ethernet은 비효율적인 방식이라는 것이 일반적인 주장이다.
그러나 Ethernet에서의 충돌 발생은 당연한 사실이지만 충돌로 인한 비효율만이 Ethernet의 전부도 아니고 많은 사람들이
생각하는 것처럼 충돌이 네트워크의 성능에 심각한 영향을 미치지도 않는다.
충돌은 일반적인 경우에 거의 발생하지 않고, 충돌 발생 현상이 발생하더라도100만분의 수초 동안만 충돌로 인한 영향을
받는다.
충돌 처리는 VLSI에 의하여 매우 빠르게 수행되기 때문에 충돌로 인한 지연은 거의 무시할 만하고 스테이션의 작업에는
전혀 영향을 주지 않는다.
더구나 서버를 중심으로 구성하는 LAN에 있어서는 다음과 같은 절차에 의하여 데이타의 교환이 진행되기 때문에 충돌의
가능성은 더 희박해 진다.
- 네트워크내의 여러 스테이션이 서버에게 서비스를 요청한다.
- 서버는 각 스테이션으로부터의 요구를 받아 순서대로 큐에 보관
한다.
- 서버가 한 스테이션에게 서비스를 제공한다.
- 다른 모든 스테이션은 서버의 응답을 기다린다.
- 서버로부터 응답을 받은 스테이션은 새로운 서비스를 요구한다.
이러한 작업이 반복해서 진행되므로 모든 스테이션의 데이타 전송은 결과적으로 서버에 의하여 통제되어
자연스럽게 네트워크 전체의 통신량이 조절되고 충돌은 미연에 방지된다.
즉, 하나의 스테이션만이 데이타를 전송하게 됨으로써 충돌 횟수가 줄게 된다.
Ethernet을 사용하는데 있어서 현실적으로 충돌로 인하여 성능이 치명적으로 영향을 받는 경우는 흔치 않다.
흔히들 주장하는 것처럼 충돌이 많이 발생하여 네트워크에 심각한 영향을 미친다면 현재 수 백만대의 워크스테이션에서
Ethernet을 사용하고 있다는 사실은 어떻게 해석해야 할까?
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토큰패싱 방식과 비교할 때 Ethernet은 성능을 예측할 수 없다는 점과 데이타 전송의 지연 시간을 예측할 수 없다는 점을
단점으로 지적하는 동시에 토큰패싱은 결정적(deterministic) 특성을 가지고 있으므로 전송의 결과가 명확하고 얼마의
지연시간이 걸릴지를 예측할 수 있다고 한다.
당연히 충돌의 가능성을 알 수 없기 때문에 스테이션이 많으면 많을수록
데이타 전송의 가능성을 추정하기가 어렵다. 또한 새로운 스테이션을 추가할 경우 이로 인한 성능의 변화나, 네트워크의
트래픽 (긴 화일이나 짧은 메세지 등) 특성에 따른 결과를 예측하기도 쉽지는 않다. 이에 반해서 토큰링이나 ARCnet은
토큰패싱 방식을 사용하므로 Ethernet보다는 결과를 예측하기가 용이하다.
그러나 이러한 특성을 고려하더라도 일반적인 환경에서 Ethernet은 우수한 네트워크임에 틀림이 없다.
더구나 데이타가 한꺼번에 많이 씩 전달되는 특성을 갖는 환경이나 전송 대역폭이 커야 하는 응용 환경인 경우,
예를 들면 그래픽이나 대용량 화일의 전송시에 특히 적합하다.
전체 트래픽 중 약 80%의 데이타는 국지적인 네트워크
(예를 들면 한 부서 내의 네트워크)에 집중되어 있고 나머지 20%만이 네트워크 밖으로 전달된다는 소위 8:2의 법칙'에
의한다면 Ethernet은 작은 규모의 네트워크를 연결해주는 backbone으로도 적합하다.
그러나 네트워크의 통신량이 굉장히 많은 경우는 빈번한 충돌로 인하여 전체 네트워크의 성능이 저하되어 토큰패싱
방식에 비하여 불리한 점은 분명히 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로써 스위칭 방식의 Ethernet, ATM 등의 사용이 증가하고 있다.
경쟁을 골격으로 하는 억세스 방식은 근본적으로 토큰패싱에 비하여 공정하지 못하다고 한다.
토큰패싱 네트워크에서는 토큰이 네트워크 전체의 각 스테이션에게 순차적으로 전달되기 때문에 모든 스테이션은 네트워크
억세스 기회를 공평하게 부여받는 반면에, Ethernet에서는 각 스테이션이 경쟁을 하기 때문에 특정 스테이션이 네트워크를
독점할 가능성이 높다는 것이 그 주장의 요지다.
토큰패싱에서는 우선순위 부여 기능을 특징으로 하며 네트워크 억세스는 우선순위에 의하여
결정된다.
당연히 특정 스테이션에게 데이타를 보낼 수 있는 기회를 많이 부여할 수 있다.
이러한 구조가 좋은 것이든나쁜 것이든 관계없이 특정 스테이션이 네트워크를 독점할 가능성이 충분히 있다.
두말 할 필요도 없이 자신의 업무가 중요하든 중요하지 않든 누구나 억세스 우선순위가 높기를 원할 것이고 따라서 높은
우선순위를 부여 받아서 좀 더편하게 네트워크를 사용하려면 네트워크 관리자와 친하게 지내거나 그 사람에게 약간의
아부라도 해야 한다.
반면에 Ethernet의 억세스 원리는 back-off algorithm에 반영되어 있는 것처럼 모든 스테이션이 공평하게
네트워크를 억세스할 수 있는 기회를 가지고 있어서 어떠한 스테이션이라도 네트워크를 독점적으로
사용하는 것이 근본적으로 방지되어 있다.
토큰패싱의 우선순위 부여의 특징과 Ethernet의 공정한 구조는 각기의 주장처럼 일방적으로 좋거나 또는 일방적으로
나쁜 것은 아닌듯 싶다.
예를 들어 상당히 중요한 업무를 수행하고있으며 데이타 전송의 기회가 많아야 하는 스테이션과, 별로 중요하지 않은 업무를
수행하는 스테이션이 한 네트워크에 연결되어 있으며, 전송의 우선순위가 치명적인 영향을 미치는 경우라면 우선순위를
정해줄 수 있는 토큰패싱 방식은 진가를 발휘할 수 있고 Ethernet은 형편없는 네트워크로 평가될 수 있다.
그러나 데이타의 성격이나 업무의 중요도가 비슷하며 모든 데이타가 공정하게 처리되어야 하는 환경에서
업무 외적인 요소가 영향을 미쳐 특정 스테이션에만 독점적 사용권한을 부여하는 경우가 발생한다면
토큰패싱 네트워크는 별로 좋지 않은 것이 될 수 있다.
결국 공정성에 관한 문제는 네트워크의 고유한 특성이 될 수는 있지만 네트워크의 우열을 평가하는 기준이 될 수는 없다.
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Ethernet에 관한 견해 중 가장 대표적인 것으로는 Ethernet은 단지 작은 PC LAN에서나 적합하고, 대규모 네트워크,
중요한 네트워크 그리고 공장의 환경 등에는 적합하지 않으며 이때는 토큰패싱이 적합하다는 것이다.
이 같은 주장은 부분적으로는 타당성이 있지만 전체적으로는 사실과는 거리가 멀고 이를 부정하는 예들이
몇 가지 있다.
쟁점이 되고 있는 세가지 네트워크인 Ethernet, 토큰링, ARCnet에 대한 PC Week의 시험결과를 살펴보면 시험의 결과는
흔히들 생각하고 있는것과는 반대로 Ethernet이 16Mbps 토큰링보다 뛰어난 성능을 나타내고 있다.
다양한 항목에 걸친 시험에서 Ethernet은 IBM의 16Mbps 토큰링보다 최소 12%에서 최고 24%까지 빨랐고
Token Bus방식인 ARCnet보다는 평균30%, 최고49%까지 빨랐다.
일반적으로 네트워크 내의 스테이션의 수가 증가되어통신량이 증가되면, 속도의 차이는 더 크게 벌어져, 많은 통신량
하에서는 토큰링이 Ethernet보다 탁월한 성능을 발휘한다는 일반적인 주장이타당하지 않음을 보여주고 있다.
이 같은 결과는 ARCnet의 경우는 충분히 예상했던 것이지만 토큰링,특히 16Mbps의 토큰링에 대해서는 예상을 뒤엎는
것이다.
물론 시험의 정확성이나 시험 방법의 객관성이 문제가 되기는 하지만 적어도 토큰링에 비하여 성능이 특별히 나쁘다는
결과가 나타나있지 않은 것으로 보아 Ethernet의 성능이 좋지 않다는 주장은 별로 타당성이 없다.
많은 스테이션이 연결되는 대규모 네트워크용으로는 적합하지 않다는 주장도 역시 믿을만한 주장은 아니라고 보인다.
많은 경우에 이미 Ethernet로 대규모의 네트워크를 구성하고 있으며 수 100명 심지어는 1000명이 넘는 사용자를
Ethernet으로 연결하여 사용하는 DEC, Wang, Xerox, HP 등이 그 증거가 될 수 있다.
많은 사람들이 주장하듯이 Ethernet이 공장의 환경에는적합하지 않다는 주장도 별로 설득력이 없다. 공장환경으로
말하자면 공장에 설치된 네트워크의 60%이상이 Ethernet이고
토큰링과 Token Bus는 단지 15%이하에 불과하다.
FA분야의 선두주자인 Allen Bradley 같은 경우도 공장자동화용의 Ethernet 제품을 공급하고 있고, Token Bus
네트워크에서의 선두주자인 UB도 공장환경에 적합하다는 Token Bus H/W제품을 더 이상 생산하지 않고 Ethernet상에서
작동하는 S/W만을 공급할 것이라고 발표했다.
이러한 모든 정황을 보건대 Ethernet은 공장의 특수한 환경에서도 별 무리 없는 성능을 발휘하는 것으로 볼 수 있다.
그러나 모든 경우에 Ethernet이 토큰링보다 항상 성능이 우수한 것으로 평가할 수는 없다.
많은 스테이션이 동시에데이타를 전송하는 환경이거나 전기적 잡음이 많은 환경에서라면 Ethernet은 토큰링에
비해서 성능이 크게 떨어질 가능성도 있다.
그림.Ethernet의 성능 특성
△ top
아직까지도 Ethernet이 가장 일반적인 네트워크로 속도, 용량, 가격 등으로 인하여 전체 LAN 중의 절대 다수를
차지하여 여전히 LAN의 세계에서 군림하고 있다.
그리고 앞으로도 Ethernet은 오랫동안 대표적인 네트워크로 남을 것이다.
Ethernet에 관한 모든 내용을 요약하여 말한다면 Ethernet은 충분히 빠르고 설치비용이 아깝지 않을 정도로
거의 모든 상황에서 충분한 성능을 발휘하고 이제까지 나와있는 어떠한 네트워크보다도 신뢰성 있고 경제적인 방식이다.
그러나 Ethernet이 성능과 가격 등 모든 면에서 만족스러운 점수를 받았다고 해서 반드시 최고의 성능을 발휘하고
모든 네트워크 중에서 가장 나은 것이라고 말할 수는 없다.
사실 토큰링, ARCnet, Ethernet 모두 일반적인 상황에서 매우 잘 작동하고 있고, 대개의 경우 사용자는 자신이 어떠한
종류의 네트워크를 사용하고 있는지도 모를 정도로 성능에도 아무런 이상이 없다. 우수한 네트워크는 억세스 방식이나
몇 가지 기술적 특성에 의해서만 결정되는 것은 아니다.
문제는 신뢰성, 설치의 편리함, 다른 제품과의 호환성, 그리고 가격 등이 모두 만족스러워야 하고 무엇보다 중요한
것은 네트워크를 사용하는 환경에서 사용자의 요구사항에 충분히 부합되는가이다.
대개의 요구사항은 특정 네트워크의 기능상의특성에 의하여 해결된다기 보다는
응용 S/W, 기술적 지원, 표준의 지원, 계속되는 신제품의 공급, 적절한 정도의 가격 등 총제적인 것에 의하여
충족되기 때문에 Ethernet도 이러한 관점에서 평가되어야 한다
18%밖에 안된다.
초기의 ALOHA 네트워크의 사용율을 개선한 slotted ALOHA 네트워크의 사용효율은 초기의 ALOHA에 비하여 약 2배인 37%로
개선되었으나 역시 낮은 수준에 머물렀다.
73년, 캘리포니아주에 있는 Xerox사의 연구소인 Palo Alto Research Center(PARC)에서 몇몇 기술자들이 Alto라
부르는 연구용 소형 컴퓨터 (현재의 XT급에 해당하는 것으로 16 bit CPU에 128 Kbyte의 메모리를 가진 규모)와
고속 네트워크를 개발하기 시작하였다.
이 개발의 목적은 각 사무실에 있는 모든 책상에 개인용 컴퓨터를 한대씩
설치해 놓고 이들을 전체적으로 연결함으로써 직원간의 정보교환을 용이하게 하자는 것이었다.
Xerox는 당시에 개발되어 있는 여러 가지 네트워크를 분석해 본 결과 ALOHA의 CSMA 방식이 토큰패싱
(token passing) 방식에 비하여 근본적으로 더 신뢰성이 높다고 판단하여 ALOHA 네트워크를 개발의 기본
모델로 삼았다.
그러나 이미 언급한 바와 같이 ALOHA 네트워크에서는 채널 억세스 시에 충돌이 발생하고, 충돌에 따른
대책이라고는 한참을 기다렸다가 응답이 오지않으면 재전송을 하는 것이 고작이었다.
이들이 충돌로 인한 비효율을 극복하기 위하여
고안한 방안은 CSMA를 바탕으로 하되 충돌을 감지(Collision Detection) 한다 해서 CSMA/CD라고 이름을 붙였다.
75년, 2년 여에 걸친 연구 끝에 오늘날의 Ethernet의 시초가 되는 실험적 제품을 만들어 냈다.
이때 개발한 Ethernet은 동축케이블에서 2.94Mbps의 속도로 작동하고 1Km의 거리 내에서 256대의 스테이션을
연결할 수 있는, 당시로서는 혁명적인 능력을 가진 것이었다.
75년부터 79년 사이에 Xerox사는 30개 이상의 실험망을 설치하여 성능 시험을 한 결과 Ethernet은 채널의 총용량
중 97%까지를 사용할 수 있으며 모든 상황에서 안정적이라는 평가를 받았다.
그러나 당시 개발한 네트워크는 상용화되지 못했기 때문에 현재는 실험적 (Experimental) Ethernet이라 부르고 있다.
Xerox는 실험적 Ethernet에서 얻은 경험을 바탕으로 79년 초에 DEC, Intel과 2세대 시스템의 개발에 착수하여
80년 9월 Ethernet Specification이라 부르는 버전 1.0이 이들 3사의 이름으로 발표되었다.
실험적 Ethernet과
버전 1.0은 CSMA/CD를 기본 골격으로 한다는 점에서는 별 차이가 없으나, 물리적 측면에서의 변화를 본다면
전송속도가 2.94Mbps에서 10Mbps로 개선된 것이다.
전송속도가 높아지면서 당연히 네트워크의 성능은 높아졌지만
속도가 너무 높아졌기 때문에 segment의 최대 길이는 오히려 1Km에서 500m로 줄어들었으나 리피터를 사용하여
두 segment를 연결함으로써 네트워크의 길이를 확장하는 것을 대안으로 제시하였다.
전송지연 문제가 있기 때문에 한 네트워크에서 사용할 수 있는 리피터의 최대수를 4개로 제한함으로써
네트워크의 최대 길이는
2.5 Km가 되었다. 거리가 늘어남에 따라 스테이션의 수도 256개에서 1024개로 증가했고 트랜시버의 수는
최대 100개가 되었다.
이같은 물리적 변화와 더불어 프레임의 내용도 개선되어 과거의 네트워크보다 훨씬 발전하여 실험적 Ethernet에
갖추어져 있던 preamble, 송.수신지 주소, type, FCS 항목이 새롭게 개선된다. 수신 스테이션과 동기를 맞추기
위하여 사용되는 1 bit의 preamble은 최악의 상황에서도 무리 없이 동기를 맞출 수 있도록 64 bit로 증가하였다.
또한 주소항목도 8 bit에서 48 bit로 변경되어 네트워크의 연결 범위가 넓어져 주소지정에 있어서의 한계도
극복한다. 48 bit를 사용하면 주소지정의 범위가 넓어지고 체계적 주소지정이 가능해 지므로 외부의 네트워크와
연결하는데 있어서 주소중복의 문제를 해결 할 수 있다.
네트워크에서 중요한 비중을 차지하고 있는 에러검출의 문제도 전송에러 감지하기 위해 사용하던 16 bit의
FCS항목이 버전 1.0에서는 32 bit CRC로 확장되어 신뢰성을 높이는데 한몫을하였다.
IEEE 802 프로젝트가 진행중이던 81년, Ethernet을 개발한 3사는 Ethernet을 국제 표준으로 지정받기 위하여 802 위원회에 참여하여 버전 1.0을 개선하는 작업을 진행하였다.
그러나 새로 채택하게 될 표준과 버전 1.0과의 호환성 문제가 생기게 되므로 이를 해결하기 위하여 82년 12월에 Ethernet 버전 2.0을 발표하게 된다.
버전 2.0에서는 신호처리특성을 개선함으로써 네트워크의 총거리를 2.5Km에서 2.8Km로 조금 더 확장하였다.
또다른 변화는 충돌발생의 보고, 재전송 횟수, 전송지연등 네트워크의 관리기능을 추가함으로써 네트워크의 기능을 대폭 향상시킨 것이었다.
이 기능은 당시 LAN 분야에서 연구되고 있던 아이디어를 수용하여 네트워크의 능력을 크게 향상시킨 것이었으나 데이타 링크 계층의 범위를 벗어나는 것으로 간주되어 IEEE의 표준화 작업에서는 표준기능에서 배제된다.
83년 하반기, IEEE 802.3 Working Group의 표준화 작업이 마무리되어 IEEE 표준위원회에서는 802.3 CSMA/CD 네트워크라는 이름으로 LAN 표준을 발표하였다.
Ethernet 사양 중 일부 내용이 수정된 것을 제외하고는 문구가 그대로 반영될 정도로 Ethernet은 802.3 표준에 절대적 영향을 미쳤다. 83년에 통과된 802.3 사양은 브로드밴드, thin 베이스밴드, 전화회선 등을 전송매체로 사용할 수 있고, 최대 전송거리는 500 m, 전송속도는 1 내지 20 Mbps로 되어 있었으나, 85년 개정된 사양은 전송매체는 베이스밴드 동축케이블만을 사용하고 전송속도도 10 Mbps만이 가능하도록 변경되었다.
84년에는 802.3 표준이 ANSI에서 미국 표준으로 승인되었고 85년에는 OSI에서는 ISO 8802/3으로 인정함으로써 Ethernet은 국제적으로 인정된 표준 네트워크가 되었다.
10BASE-5가 발표된 후 86년에는 10BASE-5의 변형된 표준인10BASE-2가 IEEE 802.3 위원회에서 추가로 승인되었다. 당시만해도 여타의 네트워크들은 막 세상에 등장하고 있던 단계였기 때문에 당분간은 Ethernet만이 LAN의 표준으로 존재하게 된다.
표준 2가지를 공인한 이후에도 IEEE 802.3 위원회는 1BASE-5, 10BROAD-36, 10BASE-T, 10BASE-F, 100BASE-TX 등의 표준을 계속해서 추가로 승인하며 오늘에 이르게 된다.
년도
주요사항
73년
Ethernet 개발 시작
76년
Ethernet에 관한 최초의 논문 발표
79년
DEC,Intel, Xerox가 공동 개발 착수
80년
Ethernetn 버젼 발표
Xerox에서 Ethernet 제품 출하
82년
Ethernet 버젼2.0 발표
83년 IEEE에서802.3 CSMA/CD 표준 승인 (10BASE-5
84년
ANSI에서 표준으로 승인
85년
OSI에서ISO 8802/3으로 인정
86년
10BASE-2 승인
twisted pair용 Ethernet 개발완료
90년
10BASE-T승인
91년
10BASE-F승인
96년
100BASE-TX승인
[표] Ethernet의 역사
Ethernet에서의 억세스제어방식인 CSMA/CD는 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection의 약자로서 원리는
비교적 단순하다. 그림 1에서와 같이 데이타를 전송하고자 원하는 스테이션은 먼저 다른 스테이션에서 데이타를 전송하고
있는지 여부를 판단하기 위해 전송매체의 상태를 살펴본다(carrier sense).
어떠한 경우라도 아무도 회선을 사용하고있지
않은 경우에만 데이타를 전송할 수 있으므로 만약 매체상에서 데이타가 전송되고 있다면 데이타가 모두 사라질 때까지
대기하고 아무도 매체를 사용하고 있지 않다면 데이타를 전송한다(multiple access).
이상의 과정이 전형적인 CSMA으로
CSMA만을 사용하게 될 경우에는 두개이상의 스테이션이 동시에 데이타 전송을 시작하면 충돌이 발생하여 데이타가 파괴되는
경우가 발생한다. 이에 대비하여 송신한 스테이션은 매체상의 충돌을 일정시간동안 감시한다.
즉, 데이타를 전송한
스테이션은 전송한 신호와 수신된 신호를 비교함으로써 충돌발생 여부를 감지(collision detection)한다.
전송 도중에 충돌을 감지하면 충돌을 발견한 스테이션은 전송을 중지하고 즉시 짧막한 jamming 신호를 방송
함으로써 충돌이 발생하였다는 사실을 모든 스테이션에게 알린다.
잠시 후 네트워크에 연결된 모든 스테이션은 jamming 신호를 수신하고 충돌이 발생했다는 사실을 알게 된다.
각 스테이션은 충돌 발생 사실을 알고는 데이타의 전송을 중지한 채 일정한 시간 만큼 대기하였다가 다시 데이타
전송을 시작한다.
△ top
그림1. 매체억세스 절차
그림2. 데이타 전송 절차
일반적으로 사용되고 있는 프로토콜을 보면 송.수신지 주소, 데이타의 길이, 데이타의 유형, 통신제어용 데이타, 전송에러를
검출해내기위한 여분의 데이타 등이 합쳐져서 하나의 프레임을 형성하고 있다.
Ethernet에서도 일반적인 통신에서의 원칙에
따라 데이타 이외에도 여러가지 항목들이 합쳐져서 프레임을 구성하고 있다.
프레임에 관한한 Ethernet과 802.3 표준이 서로
다르기 때문에 혼동이 있을수 있는데 이 글에서는 802.3의 프레임 구조에 대하여 설명하도록 하자.
802.3의 프레임은
그림 3과 같이 preamble, SFD, DA, SA, length, data와 pad, 그리고 FCS의 8개 항목으로 구성되어 있다.
그림 3. 802.3 프레임의 형식
△ top
각 항목의 기능은 다음과 같다.
· Preamble :
전송매체에 연결되어있는 모든 회로를 안정한 상태로 만들고 H/W의 동기를 맞추어 주기 위하여 사용되는
것으로 10101010이 7회 연속 반복되는 56 bit로 구성되어 있다.
· SFD (Start of Frame Delimiter) :
정상적인 프레임의 내용이 시작된다는 사실을 알려주는 용도로 사용되며 10101011의 8bit로 구성되어 있다.
·DA (Destination Address) 및 SA (Source Address) :
데이타의 수신지와 송신지를 알려주는 항목으로 16 bit 또는 48 bit로 되어있다.
·Length :
데이타의 길이를 표시하는 항목으로 2 byte를 차지하고 있으며 802.3 표준에서 length는 46부터 1500까지의 값을
가지도록 제한되어 있다.
· Data :
전달하고자 하는 실지 내용이 들어있는 부분으로 한 스테이션이 전송매체를 지나치게 오랫동안 독점하여
사용하지 못하도록 46 ∼ 1500 byte의 범위로 제한되어 있다.
· Pad :
data가 46 byte가 안되는 짧은 경우에 data의 최소한의 길이를 유지할 수 있도록 부족한 만큼을 메꿔주는
부분으로 의미가 없는 값으로 채워진다.
· FCS (frame check sequence) :
DA 부터 pad까지의 내용을 32 bit CRC방식으로 계산한 값을 채워 넣는 부분이며
에러 검출용으로 사용된다.
앞에서 살펴본 바에 의하면 Ethernet에도 크게 2가지 버전이 있고, IEEE 802.3에도 이미 표준으로 발표된
10BASE-5, 10BASE-2, 1BASE-5, 10BROAD-36, 10BASE-T, 10BASE-F, 100BASE-TX등의 네트워크가 존재하고 있다.
각 표준의 명칭은 약간 생소하지만 전송속도 designtimesp=26090 전송방식designtimesp=26091
예를 들면, 10Mbps에 베이스밴드를 매체로 사용하며 전송 길이가 500 m인 경우는 10BASE-5가 되고, 전화회선 (Twisted pair)를
전송매체로 사용하는 네트워크라면 10BASE-T가 된다. 이제 각 표준 네트워크 중 대표적인 4가지의 특징을 살펴보자.
구분
전송매체
signaling
전송속도
segment길이(m)
네트워크총길이(m)
10BASE-5
동축케이블
베이스밴드 10 Mbps 500 2500?
10 Mbps
500
2500?
10BASE-5
동축케이블
베이스밴드
10 Mbps
185
925
1BASE-5
전화회선
베이스밴드
1 Mbps
500
2500
10BROAD-36
동축케이블
브로드밴드
100 Mbps
1800
3600
10BASE-T
전화회선
베이스밴드
10 Mbps
100
-
10BASE-F
광케이블
베이스밴드
10 Mbps
1000/4000
-
100BASE-TX
광케이블/TP
베이스밴드
100 Mbps
100
-
표2. IEEE 802.3 표준의 사양
최초의 802.3 표준인 10BASE-5는 명칭에 나타난 바와 같이 10Mbps의 전송속도에 베이스밴드의 동축 케이블을
전송매체로 하고, 한 segment는 500m로 제한되어 있다.
네트워크의 확장시에는 최대 4개까지의 리피터를 사용할 수 있으므로 네트워크는 리피터를 사용하는 경우에
2.5Km까지 확장된다.
각 동축케이블로 구성된 한 segment에는 100개의 스테이션이 연결될 수 있고 한 네트워크내에는 최대 1024개의
스테이션이 연결될 수 있다
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10BASE-5와 같은 성능을 가지는 10BASE-2는 베이스밴드 신호전송방식을 사용하며 10 Mbps의 전송속도로 규정되어 있다.
그러나 보다 가격이 싸고 전송의 품질이 떨어지는 0.2인치 50 ohm의 동축케이블인 RG58AU 케이블을 사용하기 때문에
한 segment의 최대 길이는 185m로 줄고, 한 segment에는 최대 30개의 스테이션만 연결할 수 있다.
또한 외부에 별도로 연결되는 트랜시버케이블을 없애고, 트랜시버는 NIU에 직접 실장 시킴으로써 비용을 절약하고
설치하기도 편하게 되었다
네트워크 배선 비용은 전체장비 비용의 약 10 내지 15%에 달하기 때문에 보다 값이 싼것을 요구하는 환경을 겨냥하여 만들어진
네트워크가 ATT사의 StarLAN으로 이 네트워크는 IEEE에서 1BASE-5로 인정되었다.
StarLAN의 가장 큰 매력은 거의 모든 빌딩에 이미 설치되어 있는 전화회선을 사용하며 트랜시버,
케이블 tap이 불필요하고 modular 전화 잭을 사용하기때문에 가격이 상당히 싸다는 점이다.
Ethernet와 같은 베이스밴드 manchester 신호전송방식을 사용하지만 속도는 1Mbps이고, 스테이션은 중앙의 허브(hub)를
중심으로 star방식으로 연결된다.
허브와 스테이션간 또는 허브간의 최대 거리는 250 m이므로 한 허브를 통한 스테이션간의
최대 거리는 500m이고, 그러한 연유로 StarLAN의 명칭은 1BASE-5이다.
StarLAN이 상당히 낮은 가격임에도 불구하고 StarLAN의 성능이 좋지 못하기 때문에 시장에서는 그다지 인기를 얻지 못했다.
이 문제에 대한 대안으로 제시되는 것이 10 Mbps의 속도를 유지하며 전화회선을 전송매체로 사용하는 네트워크이다.
802.3 위원회소속의 10BASE-T working group에서는 값이 싸고 설치가 용이한 전화회선을 사용하는 네트워크에 관한 표준을
90년 9월에 10BASE-T라는 이름으로 공표하였다.
10BASE-T는 동축케이블과 같은 정도의 신뢰도를 제공하며 전송속도는 10Mbps로 모든 Ethernet과 동일한 속도이고
StarLAN과 동일한 방식의 구조적 배선방식 및 modular 잭을 사용하게 되고, 단지 전송 거리만 100 m로 제한된다.
10BASE-T는 StarLAN에 비하면 가격이나 전송거리에서 훨씬 불리하지만 성능의 면에서 워낙 유리하기때문에 StarLAN의
보급이 감소하고있는 추세와는 달리 상당한 인기를 끌고 있다
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Ethernet의 특징을 몇 가지 나열한다면 다음의 몇 가지로 압축된다. 즉, Ethernet은 단순하고, 신뢰성 있으며,
가격이 싼 네트워크이다.
많은 수의 스테이션을 연결할 수 있고, 적은 부하에서는 전송에 소요되는 지연 시간이
아주 적으며 문서 화일 처럼 길고, 한꺼번에 전송되는 (burst) 데이타 전송에 적합하다.
또한 규모가 크고, 부하가
많은 경우는 충돌의 빈도가 늘어나고 따라서 성능이 저하되기 시작한다.
그러나 이러한 몇 가지 특성만을 가지고
Ethernet의 특성이 전부 파악되었다고 볼 수는 없다.
이제 Ethernet의 속성을 보다 명확하게 파악하고, Ethernet과
토큰패싱에 관한 몇 가지 잘못된 이해를 바로잡기 위하여 쟁점이 되고있는 주제에 대하여 각 항목별로
살펴보자.
경쟁적 전송과 충돌을 허용하는 것이 Ethernet의 기본골격이다.
충돌이 발생하기 때문에 네트워크상의 스테이션이 데이타 전송을 완료하려면 여러 차례 재전송을 시도하여야 하고
이로 인하여 많은 낭비가 따른다.
따라서 Ethernet의 물리적 전송속도는 높다 하더라도 데이타가 전달되는 실지 속도는 몹시 낮을 수 있다.
특히 스테이션이 연결된 커다란 네트워크에서 통신량이 굉장히 많다면 충돌 횟수가 더욱 많아져서 전체 네트워크의 속도는
느려질 수 있다.
이러한 이유로 인하여 Ethernet은 비효율적인 방식이라는 것이 일반적인 주장이다.
그러나 Ethernet에서의 충돌 발생은 당연한 사실이지만 충돌로 인한 비효율만이 Ethernet의 전부도 아니고 많은 사람들이
생각하는 것처럼 충돌이 네트워크의 성능에 심각한 영향을 미치지도 않는다.
충돌은 일반적인 경우에 거의 발생하지 않고, 충돌 발생 현상이 발생하더라도100만분의 수초 동안만 충돌로 인한 영향을
받는다.
충돌 처리는 VLSI에 의하여 매우 빠르게 수행되기 때문에 충돌로 인한 지연은 거의 무시할 만하고 스테이션의 작업에는
전혀 영향을 주지 않는다.
더구나 서버를 중심으로 구성하는 LAN에 있어서는 다음과 같은 절차에 의하여 데이타의 교환이 진행되기 때문에 충돌의
가능성은 더 희박해 진다.
- 네트워크내의 여러 스테이션이 서버에게 서비스를 요청한다.
- 서버는 각 스테이션으로부터의 요구를 받아 순서대로 큐에 보관
한다.
- 서버가 한 스테이션에게 서비스를 제공한다.
- 다른 모든 스테이션은 서버의 응답을 기다린다.
- 서버로부터 응답을 받은 스테이션은 새로운 서비스를 요구한다.
이러한 작업이 반복해서 진행되므로 모든 스테이션의 데이타 전송은 결과적으로 서버에 의하여 통제되어
자연스럽게 네트워크 전체의 통신량이 조절되고 충돌은 미연에 방지된다.
즉, 하나의 스테이션만이 데이타를 전송하게 됨으로써 충돌 횟수가 줄게 된다.
Ethernet을 사용하는데 있어서 현실적으로 충돌로 인하여 성능이 치명적으로 영향을 받는 경우는 흔치 않다.
흔히들 주장하는 것처럼 충돌이 많이 발생하여 네트워크에 심각한 영향을 미친다면 현재 수 백만대의 워크스테이션에서
Ethernet을 사용하고 있다는 사실은 어떻게 해석해야 할까?
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토큰패싱 방식과 비교할 때 Ethernet은 성능을 예측할 수 없다는 점과 데이타 전송의 지연 시간을 예측할 수 없다는 점을
단점으로 지적하는 동시에 토큰패싱은 결정적(deterministic) 특성을 가지고 있으므로 전송의 결과가 명확하고 얼마의
지연시간이 걸릴지를 예측할 수 있다고 한다.
당연히 충돌의 가능성을 알 수 없기 때문에 스테이션이 많으면 많을수록
데이타 전송의 가능성을 추정하기가 어렵다. 또한 새로운 스테이션을 추가할 경우 이로 인한 성능의 변화나, 네트워크의
트래픽 (긴 화일이나 짧은 메세지 등) 특성에 따른 결과를 예측하기도 쉽지는 않다. 이에 반해서 토큰링이나 ARCnet은
토큰패싱 방식을 사용하므로 Ethernet보다는 결과를 예측하기가 용이하다.
그러나 이러한 특성을 고려하더라도 일반적인 환경에서 Ethernet은 우수한 네트워크임에 틀림이 없다.
더구나 데이타가 한꺼번에 많이 씩 전달되는 특성을 갖는 환경이나 전송 대역폭이 커야 하는 응용 환경인 경우,
예를 들면 그래픽이나 대용량 화일의 전송시에 특히 적합하다.
전체 트래픽 중 약 80%의 데이타는 국지적인 네트워크
(예를 들면 한 부서 내의 네트워크)에 집중되어 있고 나머지 20%만이 네트워크 밖으로 전달된다는 소위 8:2의 법칙'에
의한다면 Ethernet은 작은 규모의 네트워크를 연결해주는 backbone으로도 적합하다.
그러나 네트워크의 통신량이 굉장히 많은 경우는 빈번한 충돌로 인하여 전체 네트워크의 성능이 저하되어 토큰패싱
방식에 비하여 불리한 점은 분명히 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로써 스위칭 방식의 Ethernet, ATM 등의 사용이 증가하고 있다.
경쟁을 골격으로 하는 억세스 방식은 근본적으로 토큰패싱에 비하여 공정하지 못하다고 한다.
토큰패싱 네트워크에서는 토큰이 네트워크 전체의 각 스테이션에게 순차적으로 전달되기 때문에 모든 스테이션은 네트워크
억세스 기회를 공평하게 부여받는 반면에, Ethernet에서는 각 스테이션이 경쟁을 하기 때문에 특정 스테이션이 네트워크를
독점할 가능성이 높다는 것이 그 주장의 요지다.
토큰패싱에서는 우선순위 부여 기능을 특징으로 하며 네트워크 억세스는 우선순위에 의하여
결정된다.
당연히 특정 스테이션에게 데이타를 보낼 수 있는 기회를 많이 부여할 수 있다.
이러한 구조가 좋은 것이든나쁜 것이든 관계없이 특정 스테이션이 네트워크를 독점할 가능성이 충분히 있다.
두말 할 필요도 없이 자신의 업무가 중요하든 중요하지 않든 누구나 억세스 우선순위가 높기를 원할 것이고 따라서 높은
우선순위를 부여 받아서 좀 더편하게 네트워크를 사용하려면 네트워크 관리자와 친하게 지내거나 그 사람에게 약간의
아부라도 해야 한다.
반면에 Ethernet의 억세스 원리는 back-off algorithm에 반영되어 있는 것처럼 모든 스테이션이 공평하게
네트워크를 억세스할 수 있는 기회를 가지고 있어서 어떠한 스테이션이라도 네트워크를 독점적으로
사용하는 것이 근본적으로 방지되어 있다.
토큰패싱의 우선순위 부여의 특징과 Ethernet의 공정한 구조는 각기의 주장처럼 일방적으로 좋거나 또는 일방적으로
나쁜 것은 아닌듯 싶다.
예를 들어 상당히 중요한 업무를 수행하고있으며 데이타 전송의 기회가 많아야 하는 스테이션과, 별로 중요하지 않은 업무를
수행하는 스테이션이 한 네트워크에 연결되어 있으며, 전송의 우선순위가 치명적인 영향을 미치는 경우라면 우선순위를
정해줄 수 있는 토큰패싱 방식은 진가를 발휘할 수 있고 Ethernet은 형편없는 네트워크로 평가될 수 있다.
그러나 데이타의 성격이나 업무의 중요도가 비슷하며 모든 데이타가 공정하게 처리되어야 하는 환경에서
업무 외적인 요소가 영향을 미쳐 특정 스테이션에만 독점적 사용권한을 부여하는 경우가 발생한다면
토큰패싱 네트워크는 별로 좋지 않은 것이 될 수 있다.
결국 공정성에 관한 문제는 네트워크의 고유한 특성이 될 수는 있지만 네트워크의 우열을 평가하는 기준이 될 수는 없다.
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Ethernet에 관한 견해 중 가장 대표적인 것으로는 Ethernet은 단지 작은 PC LAN에서나 적합하고, 대규모 네트워크,
중요한 네트워크 그리고 공장의 환경 등에는 적합하지 않으며 이때는 토큰패싱이 적합하다는 것이다.
이 같은 주장은 부분적으로는 타당성이 있지만 전체적으로는 사실과는 거리가 멀고 이를 부정하는 예들이
몇 가지 있다.
쟁점이 되고 있는 세가지 네트워크인 Ethernet, 토큰링, ARCnet에 대한 PC Week의 시험결과를 살펴보면 시험의 결과는
흔히들 생각하고 있는것과는 반대로 Ethernet이 16Mbps 토큰링보다 뛰어난 성능을 나타내고 있다.
다양한 항목에 걸친 시험에서 Ethernet은 IBM의 16Mbps 토큰링보다 최소 12%에서 최고 24%까지 빨랐고
Token Bus방식인 ARCnet보다는 평균30%, 최고49%까지 빨랐다.
일반적으로 네트워크 내의 스테이션의 수가 증가되어통신량이 증가되면, 속도의 차이는 더 크게 벌어져, 많은 통신량
하에서는 토큰링이 Ethernet보다 탁월한 성능을 발휘한다는 일반적인 주장이타당하지 않음을 보여주고 있다.
이 같은 결과는 ARCnet의 경우는 충분히 예상했던 것이지만 토큰링,특히 16Mbps의 토큰링에 대해서는 예상을 뒤엎는
것이다.
물론 시험의 정확성이나 시험 방법의 객관성이 문제가 되기는 하지만 적어도 토큰링에 비하여 성능이 특별히 나쁘다는
결과가 나타나있지 않은 것으로 보아 Ethernet의 성능이 좋지 않다는 주장은 별로 타당성이 없다.
많은 스테이션이 연결되는 대규모 네트워크용으로는 적합하지 않다는 주장도 역시 믿을만한 주장은 아니라고 보인다.
많은 경우에 이미 Ethernet로 대규모의 네트워크를 구성하고 있으며 수 100명 심지어는 1000명이 넘는 사용자를
Ethernet으로 연결하여 사용하는 DEC, Wang, Xerox, HP 등이 그 증거가 될 수 있다.
많은 사람들이 주장하듯이 Ethernet이 공장의 환경에는적합하지 않다는 주장도 별로 설득력이 없다. 공장환경으로
말하자면 공장에 설치된 네트워크의 60%이상이 Ethernet이고
토큰링과 Token Bus는 단지 15%이하에 불과하다.
FA분야의 선두주자인 Allen Bradley 같은 경우도 공장자동화용의 Ethernet 제품을 공급하고 있고, Token Bus
네트워크에서의 선두주자인 UB도 공장환경에 적합하다는 Token Bus H/W제품을 더 이상 생산하지 않고 Ethernet상에서
작동하는 S/W만을 공급할 것이라고 발표했다.
이러한 모든 정황을 보건대 Ethernet은 공장의 특수한 환경에서도 별 무리 없는 성능을 발휘하는 것으로 볼 수 있다.
그러나 모든 경우에 Ethernet이 토큰링보다 항상 성능이 우수한 것으로 평가할 수는 없다.
많은 스테이션이 동시에데이타를 전송하는 환경이거나 전기적 잡음이 많은 환경에서라면 Ethernet은 토큰링에
비해서 성능이 크게 떨어질 가능성도 있다.
그림.Ethernet의 성능 특성
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아직까지도 Ethernet이 가장 일반적인 네트워크로 속도, 용량, 가격 등으로 인하여 전체 LAN 중의 절대 다수를
차지하여 여전히 LAN의 세계에서 군림하고 있다.
그리고 앞으로도 Ethernet은 오랫동안 대표적인 네트워크로 남을 것이다.
Ethernet에 관한 모든 내용을 요약하여 말한다면 Ethernet은 충분히 빠르고 설치비용이 아깝지 않을 정도로
거의 모든 상황에서 충분한 성능을 발휘하고 이제까지 나와있는 어떠한 네트워크보다도 신뢰성 있고 경제적인 방식이다.
그러나 Ethernet이 성능과 가격 등 모든 면에서 만족스러운 점수를 받았다고 해서 반드시 최고의 성능을 발휘하고
모든 네트워크 중에서 가장 나은 것이라고 말할 수는 없다.
사실 토큰링, ARCnet, Ethernet 모두 일반적인 상황에서 매우 잘 작동하고 있고, 대개의 경우 사용자는 자신이 어떠한
종류의 네트워크를 사용하고 있는지도 모를 정도로 성능에도 아무런 이상이 없다. 우수한 네트워크는 억세스 방식이나
몇 가지 기술적 특성에 의해서만 결정되는 것은 아니다.
문제는 신뢰성, 설치의 편리함, 다른 제품과의 호환성, 그리고 가격 등이 모두 만족스러워야 하고 무엇보다 중요한
것은 네트워크를 사용하는 환경에서 사용자의 요구사항에 충분히 부합되는가이다.
대개의 요구사항은 특정 네트워크의 기능상의특성에 의하여 해결된다기 보다는
응용 S/W, 기술적 지원, 표준의 지원, 계속되는 신제품의 공급, 적절한 정도의 가격 등 총제적인 것에 의하여
충족되기 때문에 Ethernet도 이러한 관점에서 평가되어야 한다
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