이더넷(802.3)

이더넷(802.3)
지난 20년간 가장 성공적인 근거리 네트워크 기술은 당연히 이더넷(Ethernet)이다. 1970년대 중반에 xer-ox Palo Alto 연구소의 연구원들에 의하여 개발된 이더넷은 보다 일반적인 Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detect(CSMA/CD) 방식 근거리 네트워크의 한 예이다.
CMA라는 이름에서 알 수 있듯이 이더넷은 여러 노드가 공유 링크를 풍해 송신과 수신을 하는 다중 접근 네트워크이다.
따라서 이더넷을 여러 스테이션이 꽂혀 있는 버스처럼 생각하여도 무방하다. CSMA/CD에서의 'carrier sense'라는 말은 모는 노드가 링크가 사용 중인지 유휴 상태인지를 검사한다는 것을 의미하며 'collision detect'라는 말은 노드가 전송할 때 충돌 검사도 같이하여 전송 중인 프레임이 다른 노드가 보낸 프레임에 의하여 간섭받았을 때(즉, 충돌이 발생했을 때)를 감지할 수 있다는 것을 의미한다.

이더넷은 Hawaii 주립대학이 하와이 군도 섬의 컴퓨터 통신을 지원하기 위해 개발한 Aloha라고 하는 초기의 패킷 라디오 네트워크에 그 뿌리를 두고 있다. Aloha 네트워크와 같이 이더넷이 해결해야 할 기본 문제는 어떻게 공유 전송 매체에 대한 접근을 공평하고 효율적으로 조정하는 가이다(이더넷에서는 매체가
동축케이블이지만, Aloha에서는 매체가 공기이다). 즉, Aloha 및 이더넷 모두에서 핵심 개념은 각 노드가 전송할 수 있는 시점을 제어하는 알고리즘이다.

DEC 사와 인텔사는 제록스(erox)와 함께 1978년에 10 Mbps 이더넷 표준을 정의하였다. 이 표준은 후에 정의된 802.3 표준의 기반이 되었다. 1978년의 이더넷 표준은 802.3 표준의 부분집합이라고 볼 수 있다. 802.3 표준은 이더넷이 동작할 수 있는 물리적 매체를 보다 광범위하게 추가로 정의하고 있다. 최근에는 100 Mbps의 고속 인터넷 및 1000 Mbps 기가비트 이더넷을 포함하면서 확장되고 있다. 이 절의 나머지 부분에서는 10 Mbps의 이더넷에 초점을 맞추어 설명한다. 왜냐하면 이 기술은 다중 접근 형식에서 전형적으로 사용되고 있으며, 하나의 링크를 여러 호스트가 어떻게 공유하는가가 우리의 관심사이기 때문이다. 100 Mbps 및 및 1000 Mbps 이더넷 모두 양방향 점대점 구성에 사용되도록 설계되었으며, 따라서 이들은 다음 장에서 설명할 스위치 네트워크에 대개 사용된다.

 

물리적 특성
이더넷의 한 세그먼트(segment)는 최대 길이 500m인 동축케이블로 구현된다. 이 케이블은 75W 대신에 50W의 저항을 갖는다는 점을 제외하고는 케이블 TV에서 사용하는 종류와 유사하다. 호스트는 이더넷 세그먼트에 구멍을 내 연결한다(이 구명을 탭이라 한다). 탭은 2.5m 이상 떨어져야 한다. 랩에 직접 부착되는 작은 장비인 트랜스시버는 회선이 유휴인 상태를 감지하고, 호스트가 전송할 때는 신호를 내보낸다. 트랜스시버는 호스트에 꽂혀 있는 이더넷 어댑터에 연결된다. 이 절에서 설명할 이더넷 프로토콜을 구성하는 모든 논리 회로는 트랜스시버가 아닌 어댑터에서 구현된다.
여러 개의 이더넷 세그먼트는 중계기를 이용해서 합쳐질 수 있다. 중계기는 마치 아날로그 신호를 중계하는 앰프처럼 디지털 신호를 중계하는 장비이다. 그러나 두 호스트 사이에는 5개 이상의 중계기가 있어서는 안 된다. 즉, 이더넷은 최대 2500m까지 연장될 수 있다. 두 호스트 사이에 두 개의 중계기만을 사용한다는 제약을 만족하면서도 유사한 네트워크를 구성할 수 있다. 즉. 건물의 층마다 하나의 세그먼트를 두고 또 다른 세그먼트를 건물의 상하를 통과하며 이들을 연결한다. 최종적으로, 하나의 이더넷은 모두 합쳐 최대 1024 호스트까지 지원한다.

호스트에 의하여 이더넷으로 송출된 모든 신효는 전체 네트워크로 방송된다. 즉, 신호는 양방향으로 전파되며, 중계기는 모든 출력 링크로 신호를 전송한다. 각 세그먼트의 끝에 붙어 있는 터미네이터는 신호를 흡수하여 반사된 신호가 뒤에 오는 신호에 간섭을 일으키는 것을 방지한다. 이더넷은 맨체스터 인코딩 방식을 사용한다.
앞에서 설명한 세그먼트와 중계기 시스템 외에도 다른 대안 기술들이 지난 수년간 개발되었다. 예를 들어, 이더넷은 50-w 동축케이블을 사용하는 대신 10Base2로 알려진 보다 얇은 케이블로 구성할 수 있다(원래의 케이블은 10Base5라고 한다. 또, 이들 케이블은 각각 굵은 네트워크와 얇은 네트워크라고 하기도 한다).

10 Base2의 '10'은 네트워크가 10 Mbps로 동작한다는 것을 의미하며, 'Base'는 케이블이 베이스밴드 시스템으로 사용된다는 점을 나타내며, '2'는 한 세그먼트는 200미터를 넘을 수 없다는 것을 의미한다(10Base5 케이블의 한 세그먼트는 500미터까지 가능하다). 요즈음에는 좀 더 새로운 기술인 10 BaseT라는 것이 많이 사용되는데, 여기서 'T'는 꼬인 선을 나타낸다. 10BaseT는 약간 굵기는 하지만, 보통 전화선으로 나오는 선과 유사하다. 10 BaseT 세그먼트는 대개 100m 이내로 제한된다(100 Mbps와 1000 Mbps 이더넷도 모두 Category 5 꼬인 선을 사용하며, 거리는 100m 이내이다).

케이블이 얇기 때문에 10BaseT와 10 Base2는 10 Base5 케이블의 경우처럼 탭을 뚫어 사용하지 않는다. 10 Base2에서는 T자 모양의 연결자를 케이블에 이어 붙여 연결한다. 따라서, 10 Base2는 실제로 호스트를 데이지체인 형태로 연결하는 데 사용된다. 10 BaseT 경우는, 허브라고 불리는 다중 중계기로부터 나오는 여러 개의 점대점 세그먼트로 네트워크를 구성하는 것이 일반적인 방법이다. 복수 개의 100 Mbps 이더넷 세그먼트들도 허브에 의하여 연결될 수 있지만, 1000 Mbps는 허브로 연결할 수 없다.