Exploring LAN Technologies: IEEE Project 802 and Ethernet Protocols

1. Local Area Networks Prof. Choong Seon HONG

2. 12장 근거리 통신망(LAN) 12.1 프로젝트 (Project) 802 12.2 이더넷(Ethernet) 12.3 토큰 버스(Token Bus) 12.4 토큰 링(Token Ring) 12.5 FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

3. 근거리 통신망(계속) • 근거리통신망(LAN) • 제한된 지리적인 영역(연구소, 학교, 병원 등)에 있는 정보기기 간에 직접적인 통신을 제공하는 데이터 통신 시스템 • LAN의 분류 • 이더넷(Ethernet) • 토큰 버스(Token Bus) • 토큰 링(Token Ring) • FDDI(Fiber Distributed Data Interface) : ANSI and ITU-T 표준안 • Data Link Control of LAN are based on HDLC IEEE 프로젝트 802 표준안

4. 12.1 프로젝트 802 • IEEE 표준화 프로젝트(1985년 설립) • 프로젝트 802와 OSI모델과의 관계

5. 프로젝트 802 (Cont’d) • 프로젝트 802

6. 프로젝트 802 (Cont’d) • IEEE 802.1 • LAN간 인터네트워킹 표준 안 • 기존 어드레스지정, 액세스 및 오류 복구 메커니즘을 변경하지 않고 네트워크 구조 (architecture) 간의 비호환성 (incompatibility) 을 해결 • LLC(Logical Link Control) • IEEE 802.2 • 데이터링크계층의 상위계층으로 모든 LAN 프로토콜에 공통 • Containing the synchronization, flag, flow, and error control specifications • MAC(Medium Access Control) • 데이터링크 계층의 하위 서브 계층으로 공유 매체접근방법 제공

7. 프로젝트 802 (Cont’d) • 프로토콜 데이터 단위(PDU: Protocol Data Unit) • LLC 레벨 데이터 단위 • HDLC와 유사한 4개의 필드로 구성

8. 프로젝트 802(계속) • 제어(Control) 필드 • HDLC의 제어 필드와 동일

9. 12.2 이더넷(Ethernet) • Xerox 사에서 개발된 802.3 표준 • Extended by DEC, Intel, and Xerox • IEEE 802.3 (PSK)

10. 이더넷(계속) • ACCESS Method : CSMA/CD • Today the terms Ethernet, CSMA/CD, 802.3 are used interchangeably

11. 이더넷(계속) • Collision in CSMA/CD

12. 이더넷(계속) • 주소지정 • 이더넷 네트워크상의 각 Station (pc, workstation, print 등) 은 자신의 NIC(Network Interface card)를 가짐 • 6바이트 길이의 유일한 물리 주소

13. 이더넷(계속) • 전자 규격 • 신호 방식(Signaling) • 베이스밴드(Baseband)시스템 - Manchester digital Encoding • 브로드밴드(Broadband)시스템 - differential PSK • 전송속도(data rate) • 1~100Mbps

14. 이더넷(계속) • 프레임 형식( Frame Format) • Not providing any mechanism for acknowledging received

15. 이더넷(계속) • 프레임형식 • Preamble(7바이트) – combined the alert, timing, start synchronization • SFD(Start frame delimiter) - 프레임 시작 • the everything that follows is data. • DA(Destination address) - 목적지 주소 • SA(Source address) - 발신지 주소 • PDU 길이/유형 • 802.2 프레임(PDU) - 46~1500 바이트길이 • CRC - 오류 검출 정보, CRC-32

16. 이더넷(계속) • 구현(Implementation) • 10BASE5: Thick Ethernet • 10BASE2: Thin Ethernet • 10BASE-T: Twisted-pair Ethernet • 1BASE5: Star LAN • Fast Ethernet

17. 이더넷(계속) • 10BASE5: Thick Ethernet(버스형)

18. 이더넷(계속) • 10BASE5: Thick Ethernet • RG-8 케이블: 802.3 표준 backbone thick 동축케이블 • 트랜시버(transceiver): MAU(medium attachment unit), transmitter-receiver • AUI(attachment unit interface) 케이블: 15-wire케이블(DB-15pin),최대길이 50m • 트랜시버 탭(Transceiver Tap) : vampire tap

19. 이더넷(계속) • 이더넷 세그먼트

20. 이더넷(계속) • 10BASE5 트랜시버 연결

21. 이더넷(계속) • 10BASE2 : Thin Ethernet • NIC - thick Ethernet NIC + transceiver • Thin 동축케이블 - RG-58 • BNC-T - T자형 연결자(3ports: NIC, input, output)

22. 이더넷(계속) • 10BASE2 : Thin Ethernet(버스형)

23. 이더넷(계속) • 10BASE-T : Twisted-pair Ethernet • The most popular standard defined in the IEEE 802.3 series • Star형 • UTP(Unshielded twisted pair) 케이블 • 전송속도: 10 Mbps • 최대길이: 100M(hub to station) • Intelligent hub 이용 • Four-pair RJ-45 케이블

24. 이더넷(계속) • 10BASE-T : Twisted-pair Ethernet(star형)

25. 이더넷(계속) • 1BASE5 : Star LAN • AT&T제품 • 저속 전송속도: 1 Mbps • Twisted-pair 케이블 • Hub당 최대 10station

26. 이더넷(계속) • 1BASE5 : Star LAN

27. 12.3 Other Ethernet Networks • An Ethernet network using a hub

28. Other Ethernet Networks (cont’d) • An Ethernet Network Using a Switch

29. Other Ethernet Networks (cont’d) • Fast Ethernet • 고속 전송속도: 100Mbps • Star형 • 10base-T와 같은 MAC 프로토콜의 프레임 형식 • 4pair category3, category5 UTP (2 pairs for transmission and two pairs for reception) • 100BASE-X : 2pair high-quality category5 • 100BASE-FX : two optical fiber • 100BASE-TX : 2pair STP

30. Other Ethernet Networks (cont’d) • Categories of Fast Ethernet Implementations

31. Other Ethernet Networks (cont’d) • 100Base-Tx Implementation

32. Other Ethernet Networks (cont’d) • 100 Base-Fx The distance between the station and hub (or switch) should be less than 2000 meters

33. Other Ethernet Networks (cont’d) • 100Base-T4 Implementation • Using four pairs of category 3 (voice grade) UTP • splitting the 100-Mbps flow of data into three 33.66-Mbps flows • Using 8B/6T • Eight bits is transformed into six bauds of three voltage levels (positive, negative, and zero)

34. Other Ethernet Networks (cont’d) • 100Base-T4 Implementation (cont’d)

35. Other Ethernet Networks (cont’d) • Gigabit Ethernet • 1000 bps ~ 1 Gbps • MAC layer and access method remain same, but the collision domain is reduced • Physical layer – transmission media and the encoding system – is changed • Used for backbone to connect Fast Ethernet networks

36. Other Ethernet Networks (cont’d) • Use of Gigabit Ethernet

37. Feature 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T Medium Optical Fiber (multimode) Optical Fiber (multi-or single-mode) STP UTP Signal Short-wave laser Long-wave laser Electrical Electrical Max. distance 550 m 550 m(multimode) 5000 m(single mode) 25 m 25 m Other Ethernet Networks (cont’d) • Comparison between the Gigabit Ethernet Implementation

38. 12.4 토큰 버스(Token Bus) • IEEE 820.4 • 물리적으로는 버스형 • Physical Configuration of Ethernet • 논리적으로 토큰을 이용한 링형(Ring using token) • Using the collision-free feature of token ring • 공장 자동화와 프로세스 제어에 이용

39. 12.5 토큰 링(Token Ring) • IEEE 802.5 • token passing 방식 : access method • Using three-byte token • token possession • Token ring allows each station to send one frame per turn.

40. 토큰 링(계속)

41. 토큰 링(계속) • 토큰 링 • 우선순위(Priority)와 예약(Reservation) • use of access control (AC) field • 시간제한(Time Limit): 10ms • each station expects to receive frames within regular time intervals • 감시(monitor) station • Monitoring, regenerating a new token • 주소 • 6 바이트 주소 (imprinted on the NIC card)

42. 토큰 링(계속) • 전자 규격 • differential Manchester 디지털신호방식 • 전송속도: 4-16Mbps • 프레임형식 • 데이터(data) • 토큰(token) • 중지(abort)

43. 토큰 링(계속) • 토큰 링 프레임

44. 토큰 링(계속) • 토큰링 데이터 프레임 For Differential Manchester Error Detected Bit Control information or Data How to use the information in the AC field

45. 토큰 링(계속) • 토큰 링 프레임 • SD (Start delimiter) : 동기 타이밍 신호 • used to alert the receiving station to the arrival of a frame • equivalent to the flag field in HDLC • adopted J and K violation to ensure transparency in the data field • AC (Access control) :우선순위 • Three bits : priority field • the token bit : set to indicate that the frame is a data frame rather than a token or an abort frame • FC (Frame control) : 정보유형(제어, 데이터) • the first one bit : used to indicate the type of information contained in the PDU (control information or data) • 7 bits : containing information used by the token ring logic (e.g., how to use the information in the AC field)

46. 토큰 링(계속) • DA(Destination address) • SA(Source address) • Data:4500바이트 • CRC:CRC-32 오류 검출 • ED(end delimiter) • FS(Frame status): 수신자의 읽기 확인 • set by the receiver to indicate that the frame has been read, or by the monitor to indicate that the frame has been already been around the ring • So, saying that the frame can now be discarded

47. 토큰 링(계속) • 토큰 프레임 • 3개의 필드로 구성 : SD, AC, ED • used as a reservation frame to serve access to the ring • 중지(Abort) 프레임 • 전송 종료 • Just including SD and ED • generated either by the sender to stop its own transmission, or by the monitor to purge an old transmission from the line

48. 토큰 링(계속) • Implementation • The ring in the Token Ring consists of a series of 150-ohm, STP sections linking each station to its immediate neighbors

49. 토큰 링(계속) • Token ring Switch

50. 토큰 링(계속) • MAU(Multistation Access Unit)