이더넷과 CSMA/CD

랜은 이더넷을 사용합니다.

PC에 네트워크 드라이버를 설치하거나 VM에 인터넷을 연결하려 할 때면 이더넷이라는 용어를 간간히 들으실겁니다.

이더넷은 CSMA/CD 방식의 랜을 자칭하는 용어이며, 1973년 제록스사에서 2.94Mbps 전송속도의

최초 이더넷이 발표된 이후, 지속적인 발전을 거듭하며, 랜의 국제표준규격인

IEEE 902.3의 기초가 되었습니다.

CSMA/CD

우선 CSMA에 대하여 먼저 알아보자면, 데이터를 전송하고 싶은 노드가 케이블의 통신 상황을

감시하며 케이블이 열리면 송신을 게시하는 임의의 다중접속 프로토콜입니다.

유선 랜인 이더넷에서는 CSMA/CD, 무선 랜에서는 CSMA/CA 방식을 채택하여 사용중입니다.

CSMA/CD의 동작절차는 아래와 같습니다.

1. 송신을 위하는 호스트는 송진 전, 다른 호스트가 채널을

사용하고 있는지 조사한다.

2. 만일 채널이 빈 상태이라면, 전송을 즉시 시작하고,

사용중이면 계속 감시하다가 빈 채널이 생기면 즉시 전송한다.

3. 전송하는 동안 계속 채널을 감시하고 충돌을 조사한다.

4. 충돌이 감지되면 전송을 즉각 중지하고 충돌을 알리는 JAM

신호를 전송한다. * JAM: 32~48Bit의 특수 프레임

5. JAM 신호 송신 후 일정시간 이휴 재전송을 시도한다.

( 이 시간은 충돌 대발 방지를 위하여 설계된 대기 프로토콜에

의해 결정된다. )

위 그림에서와 같이  CSMA/CD는 전송 이후, 충돌을 감지하여 재전송을 시도하는 방식입니다.

하지만 무선 랜에서는 전송 이후 충돌을 감지하는 방식은 바람직하지 못합니다.

무선 랜에서 발생할 수 있는 숨겨진 터미널 문제를 해결할 방도는 없기 때문입니다.

그래서 나온 프로토콜이 CSMA/CA입니다.

CSMA/CA

CSMA/CA는 Avoidance라는 영어에서도 알 수 있듯이 충돌을 사전에 회피하는 방식으로, 전송 전에

채널 사용여부를 확인하고 일정시간 대기 후 전송 및 성공 여부를 확인하느 방식입니다.

여기서, 충돌 회피를 위하여 전송 타이머를 사용하게 됩니다.

하지만, 스테이션의 수가 증가될 수록 전송 효율 또한 저하되에 고속의 랜에는 부적합합니다.

CSMA/CA의 동적절차는 아래와 같습니다.

1. 송신을 위하는 호스트는 송신 전, 채널의 사용여부를 검사한다.

2. 만일 채널이 빈 상태이면, IFS의 주기동안 기다렸다가

데이터 전송을 시작한다.

*IPS: Interface Space

(프레임의 종류와 우선순위에 따라 다양)

3. IPS 시간 이후, 채널이 여전히 비어있으면,

바로 전송을 시작한다.

그렇지 않은 경우, Baceoff Time 동안 대기 후에

전송이 가능하다.

4. Backoff Timer가 만기되면, 채널 상태를 다시 확인한다.

5. 데이터 전송 후, ACK 메시지를 수신하여 정상 전달 되었는지

확인한다.

*Backoff Time는 0과 Contention Window 사이의 값으로

Binary exponential backoff 알고리즘에 의해 결정되며,

채널이 유효하지 않으면, 대기시간은 2배로 증가한다.

[CSMA/CD와 CSMA/CA의 비교]

[참고, 무선 랜에서 CSMA/CD를 이용하지 못하는 이유]

여기서 잠시, 무선 랜을 CSMA/CD에서 이용하지 못하는 이유를 살펴보겠습니다.

무선 랜의 특징은 아래와 같습니다.

1. 낮은 전력으로 인하여 한번에 송신과 수신 중 한 동작밖에 할수없습니다.

2. 숨은 지국이 있습니다.

3. 기지국 간의 거리가 차이날 수 있습니다.

* 숨은 지국이란

- 숨은 지국이라 함은 지국 A와 지국 B가 있고, 그 사이에 끼어있는 지국 C가 있을 시,

A가 C에 보내는 신호를 B는 모르고, B가 C에 보내는 신호를 A는 모르는 상황이면

A와 B는 C에 대해서 숨겨져 있다고 말한다.

cf. 노출 지국

- A와 B의 송수신, C와 D의 송수신이 각각 이루어 진다고 할 때,

C가 A로부터의 전송에 노출되어 있으면, C와 D간 전송에 방해받는 것이 없음에도 불구하고

C가 D에게 송신을 하지 못하고, 채널을 낭비하는 문제

이러한 특징으로 인하여 무선 랜에서는 CSMA/CD의 사용이 불가능합니다.

1. CSMA/CD이라면, 프레임의 송신과 충돌 신호 수신을 동시에 하여야 하는데,

구현이 불가능합니다.

2. 숨은 지국이 있어, 데이터를 수신받는 지국에서 충돌이 발생합니다.

3. 거리로 인한 감쇠는 다른 측에서 발생하는 충돌을 감지하지 못하는 경우가 있습니다.