근거리 통신망(2)

1. Token Bus : IEEE 802.4

 

1) 개요

①     이더넷과 토큰 링을 결합한 형태

②     토큰 링 방식으로 운영

③     스테이션은 논리적으로 링 구조 : 스테이션 간에 토큰을 패스

         ㉠ 스테이션은 데이터 전송을 위해 토큰도착을 기다림

④     실시간 처리가 필요한 응용, 프로세서 제어, 공장자동화 등의 과정에 적합

⑤     충돌로 인한 네트워크 전송지연 증가 현상 발생

         ㉠ 물리적 링은 조합라인의 선형 구조에 부적합

         ㉡ 점대점 연결이므로 하나의 링크에 오류가 발생하면 시스템은 회복 불가능해 짐

 

스테이션은 전송을 위해 이더넷과 같은 공통 버스선을 이용하여 통신합니다.

 

 

 토큰 버스 프레임 형식은 다음과 같습니다.

 

 

2) 토큰 버스의 운영

(1) 운영의 문제

① 스테이션의 추가 방법

→ 다른 두 스테이션 사이에 추가, 상향이웃 스테이션으로부터 자동적으로 토큰을 전송 받음

② 스테이션의 제거 방법

→제거 되는 스테이션의 전임자에게 보고, 토큰이 전송되지 않음

 

(2) 토큰버스 제어 프레임 종류 

프레임 종류	FC필드	기 능
토큰 요구	00000000	초기 또는 오류 복구 후에 토큰의 소유자 결정
경합 해결	00000100	두개 이상의 스테이션이 동시에 논리적 링에 참여할 때 중재 프로토콜에 이용
후임자 선정	00001100	특정 스테이션을 새로운 후임자로 설정하는데 이용
후임자 간청 1	00000001	어떤 스테이션에게 논리적 링에 참여를 권유하는 프로토콜
후임자 간청 2	00000010	후임자 간청1과 동일, 그 외 다른 스테이션에게 적용
토큰	00001000	이 프레임을 가는 소유자는 데이터 전송이 허가
Who follows	00000011	스테이션의 후임자를 결정하는 프로토콜에 이용

 

 

3) 스테이션 제거                                     

(1) 스테이션의 분리, 오류 발생으로 인한 제거

①     선임 스테이션은 Who follows를 방송, 후임 스테이션 명시 요구

②     후임자 설정 프레임 (set success follows frame)응답 : 후임자 결정

③     선임 스테이션은 후임 스테이션을 재설정하고 토큰을 전송

 

(2) 스테이션이 자발적으로 링에서 제거 될 때

①     제거 스테이션은 선임 스테이션에게 후임설정 프레임을 전송

②     선임 스테이션은 정보를 저장, 제거 스테이션은 후임 스테이션에게 토큰 전달

③     토큰이 선임 스테이션에 되돌아온 후부터 후임 스테이션에 토큰 전송

 

4) 스테이션 추가

(1) 후임자 간청 프레임 전송

① 스테이션은 타이머에 의해 주기적으로 전송

② 새로운 스테이션 추가 여부 확인

③ 후임자 간청 1프레임 전송

→ 오직 주어진 두개의 주소 사이의 스테이션만을 초대(선임과 후임사이의 주소)

④ 후임자 간청 2 프레임 전송

→ 후임자 간청 1 프레임 이외 경우

 

(2) 경합 해결 프레임

① 후임자 간청 프레임에 여러 스테이션이 응답할 때 : 충돌 & 잡음

② 충돌한 스테이션에서 전송

③ 한번에 한 스테이션씩 링에 참가

 

- 초기 토큰 전달 순서는 A-B-C등 이다.

- 주소의 순서: A > X > B > C > Y

 

 

5) 토큰의 분실 & 링 초기화

(1) 토큰의 분실

① 스테이션에서 오류가 있는 토큰을 수신 : 스테이션을 초기화, 재전송

② 토큰 프레임 요구 (claim token frame) 전송

   ㉠ 스테이션이 허용된 시간에 토큰을 받지 못하는 경우

   ㉡ 다른 모든 스테이션은 토큰 요구 시도 중지

   ㉢ 버스 감시 : 오류가 있는 스테이션 추적

③ 경합 해결 알고리즘 수행

   ㉠ 스테이션이 토큰 요구 프레임을 전송 한 경우 사용

 

(2) 링 초기화

① 토큰을 자기자신에게 전송

② 주기적인 후임자 간청 프레임을 통해 다른 스테이션이 링에 참여

 

6) 프레임의 우선 순위화

█ 데이터 전송을 위해 우선 순위 정의

① 각 스테이션은 네개(0, 2, 4, 6)의 우선순위 (서비스 클래스) 관리

   ㉠ 0 : 최하위 순위, 6: 최고 순위

   ㉡ 우선순위 프레임을 먼저 전송 : 6-4-2-0

   ㉢ 타이머 종료나 프레임이 없을 때 까지 전송

 

② 프레임 전송 제어를 위한 두개의 타이머

   ㉠ 토큰 유지 타이머 (THT, token holding timer) - 스테이션이 6 프레임을 전송하는데 소모하는 최대 시간

   ㉡ 토큰 회전 타이머 (TRT, token rotation timer) - 토큰이 링을 따라 순환하는 최대 시간 결정

   ㉢ 스테이션이 토큰을 받으면 THT 시작, THT가 종료되거나 클레스 6프레임이 끝날 때까지 전송 : 다음으로 토큰 전송

 

 

7) 프레임 전송 프로토콜

  

 

8) 전송할 프레임을 갖은 스테이션 

스테이션	클레스 6프레임수	클래스 4프레임수	클래스 2프레임수	클래시 0프레임수	TRT에 남은 시간
A	8	4	2	1	8
B	9	4	2	2	14
C	6	7	0	0	26
D	7	8	8	6	32
THT=6, Maximum Value TRT=32

 

 

9) 토큰을 수신한 후 스테이션 정보

  

2. Interconnection LAN

 

1) 개요

①     LAN 표준에 관계없이 이들이 효과적으로 제공 할 수 있는 보안능력과 스테이션의 수 제한

②     워크스테이션의 접속과 추가적인 보안능력의 필요가 증가됨에 따라 여러 LAN의 연결 필요성 증가 : 브릿지 사용

③     하나의 LAN에 접속된 스테이션은 연결된 다른 스테이션과 독립적인 통신이 가능하므로 효율성, 보안성 증가

④     다른 LAN의 스테이션과도 원활한 통신 가능

 

 

2) 1계층 연결 : OSI 1 계층－물리계층 연결

 

 

█ 물리계층의 네트워크 연결

① 리피터 (repeater) 사용 : 물리적 계층에서 작동

   ㉠ 네트워크가 연장될 수 있도록 전기신호(데이터 신호)를 증폭하는 장치

   ㉡ 프로토콜, 접근 방식, 전송 속도 등의 일치요구

   ㉢ 리피터로 연결된 네트워크들은 동일 네트워크로 취급

 

② 문제점

   ㉠ 많은 스테이션 액서스 가능하나 트래픽이 발생으로 LAN 성능저하

   ㉡ 보안 돌파 위험 증가 

 

3) 2계층 연결 : OSI 2 계층－Data Link계층 연결

 

 

█ OSI 2계층 데이터 링크 계층에서 연결

█ 브리지(bridge) 사용

①    오류검출, 프레임 구조화, 프레임 경로배정 등의 데이터 링크 기능 수행

②    데이터 링크 계층의 서브 계층인 MAC 레벨에서 가동

③  기본적으로는 동일 MAC 유형을 가진 네트워크를 연결

④  리피터의 모든 기능을 포함

 

4) 브릿지를 사용하는 이유

█ 성능 향상 (효율성 증가)

① 소통량 (traffic)을 줄여 속도 향상을 얻기 위해 한 네트워크를 여러 서브 네트워크로 분리

 

█ 보안성 증가

① 프레임을 선택적 재 전송, 특정 프레임이 전체 네트웍으로 전파 되는 것을 방지

 

█  각 네트워크의 한계 극복

① 이더넷의 경우 네트워크의 최대 길이가 2.5km이며 네트워크 세그먼트의 수는 3개로 제한

② 토큰 링의 경우 한 네트워크당 워크스테이션의 수가 제한

 

█ LAN 간의 연결

① 필요에 의해 상이한 토폴로지 혹은 매체를 사용하는 LAN간을 연결

② 전송 속도가 상이한 LAN간을 연결

 

5) 다른 타입 LAN 브리징

█ 서로 다른 타입의 LAN 연결 브리징

① 서로 다른 비트율로 전송함으로 충돌(collision) 발생 : 충분한 버퍼 공간요구

② 브리지에서 지연(Delay) 발생으로 프로토콜의 시간초과 발생 : 타이머를 상호 연결에 따라 조절

③ 프레임 구조화 문제

   ㉠ 각 프로토콜의 프레임 구성정보의 차이 및 우선 순위 문제 발생 : 프레임 전송시에 마주치는 다른 LAN의 표준 인식,

        프로토콜 프로그램에서 각 LAN의 최대 크기 요구를 만족 할 수 있는 크기로 프레임 분화

   ㉡ 프레임 마다 다른 최대 프레임 크기 → 브리지에서 큰 프레임을 작은 프레임으로 분화

 

 

 

6) 브리지 경로 배정(bridge routing)

█ 브리지가 언제 프레임을 받고 전송하는가에 대한 정의

- 전송할 프레임과 방향에 대해 결정하는 프로세서

 

(1) 고정 경로 배정 브리지

① 목적지 스테이션까지의 경로를 경로 배정표

(routing table, forwarding database, routing directory)에 저장

   ㉠ LAN에 따라 프레임 경로 배정

② 각각의 브리지가 관련된 스테이션의 위치를 가지고 프로그램됨

③ 프레임이 도착하면 경로 배정표에 목적지 주로를 따라 이동

④ 네트워크 토폴로지와 무관한 정확한 경로 배정 요구

 

⑤ 동적 네트워크 (스테이션의 추가, 삭제, 이동)에 부적합

   ㉠ 브리지를 스테이션이 변화할때 마다 재 프로그래밍

   ㉡ 경로 배정표를 자동적으로 갱신하는 방법 개발 필요

 

█  브리지에 대한 라우팅 테이블 (2계층 연결 브리지)

 

 

 

(2) 투명한 브리지 : 자신의 경로 배정표를 생성, 갱신

① IEEE 802.1d 표준

② 경로 배정표를 사용하지만, 프로그램 돼지 않음

   ㉠ 데이터 프레임을 감시하여 스테이션의 위치 파악

   ㉡ 경로배정 인지(routing learning), 어드레스 인지 (address learning)

      → 브리지는 트래픽의 관찰을 통하여 경로 배정표에서 갱신 인지

      → 스테이션의 어드레스를 찾기위해 모든 경로 배정표 검사

       → 배정표에 의해 스테이션은 다른 LAN을 통해 접속 가능

③ 범람 알고리즘 (flooding algorithm)

   ㉠ 브리지가 경로 배정표의 항목에 있지 않은 스테이션을 향하는 프레임을 수신했을 때 사용

   ㉡ 프레임이 전송된 LAN 이외의 모든 LAN에 프레임 전송

       → 프레임의 목적지 전송 보장

       → 프레임 관찰을 통하여 전송 스테이션의 방향 정보를 보다 많이 포함한 브리지 허락

    (이러한 정보는 현재 배정표에서 유지)

④ 프레임 전파 (frame propagation)

   ㉠ 특정 토폴로지는 프레임의 끝없는 전파와 네트웍의 과잉 공급 야기

   ㉡ 두개의 브리지에 의한 LAN 연결

       → 두 개의 LAN 사이에 두번째 브리지 추가 : 시스템 장애에 대비

       → 중복된 브리지 인식을 위한 무한 순환 프레임 존재 가능성 존재

  → 두 스테이션 사이의 별개의 루트는 토폴로지에서 루프의 원인

   ㉢ 루프를 갖는 다중 LAN

       → 무한 순환 프레임의 증가 : 프레임의 폭발로 인한 시스템동작 정시 원인

 

 

 

7) 신장 트리 알고리즘(spanning tree algoritnm)

█ 특정 브리지를 사용하지 않음으로 루프를 제거하는 과정

① 브리지의 프레임 전송을 차단

② 알고리즘 동작

   ㉠ 전송비용 결정 : 경로상에 포트 값의 합

   ㉡ 그래프로 LAN 구조의 시각화

   ㉢ 루트 브리지(root bridge) : 브리지 중 하나를 선택

       - 브리지 프로토콜 데이터 단위 (BPDU, bridge protocol data unit) : 브리지들의 일반 간격

   ㉣ 루트 포트 (root port) 결정 : 루트 브리지의 가장 저렴한 경로

   ㉤ 관선(designated) 브리지 결정

       - 각 LAN으로 BPDU를 전송, 루트 포트는 루트 브리지 방향의 LAN 결정

   ㉥ 그래프로 표현한 LAN 토폴로지

 

 

█ 루트 포트를 결정한 후의 그래프

 

 

 

█ 루트 포트를 결정한 후의 그래프

 

 

█ 활동적인 브리지의 연결을 보여주는 네트워크 토폴로지

 

 

8) 소스 경로 배정 브리지

█  송신측에서 경로를 설정하여 프레임 안에 정보를 넣어 전송

① 송신 스테이션의 네트워크 소프트웨어는 목적지까지 라우트를 결정, 프레임에 경로를 저장

② 브리지는 이 정보에 따라 프레임을 전송

③ 소스 라우팅 브리지의 부분적인 프레임 구조

 

  

█ 경로결정 방법 : 경로탐색 (route discovery)

①    전 영역 경로배정 방송 프레임 (all-route broadcast frame)을 원하는 목적지에 전송

   ㉠ 프레임의 종류 정의, 브리지에게 모든 사용 가능한 LAN으로 프레임 전송지시

   ㉡ 경로배정 필드에 각각의 경로 정보 기록

② 목적지에서는 비방송 프레임에 경로배정 필드를 기록 송신 스테이션으로 전송

③ 송신측이 응답을 모두 수신한 후 최소 비용의 경로 선택

④ 장점 :송신측에서 목적지 까지 전송되는 프레임 수 감소

⑤ 단점 : 브리지가 먼저 신장 트리를 경정

 

 

█ 브리지 알고리즘

① 신장 트리 (Spanning tree)

   ㉠ 브리지가 회사의 중요한 연결 수단이 되면 브리지의 다운에 대비하여 이중으로 브리지(Redundant Bridge)를 설치

   ㉡  하나가 다운되어도 다른 브리지를 사용할 수 있도록 하게 되어, 패킷이 목적지에 가기 위해 여러 경로가 생기게 되며 이 경우 가장 최적 경로 (spanning tree)를 브리지가 찾게 되는 것

   ㉢ 보내어질 프레임에는 라우팅 경로에 관한 정보가 없고 브리지가 라우팅 경로를 결정한다.

       - 투명 브리지(transparent bridges) : 프레임의 내용은 변화가 없다는 의미, 이더넷 네트워크에서 많이 사용

 

② Source routing

   ㉠  1985년 IBM이 토큰 링 네트워크에서 사용 발표

   ㉡  투명 브리지에서는 패킷 프레임에는 라우팅 정보가 없고 브리지가 라우팅 경로를 결정하는 데 반해,

        여기서는 송신 장비가 라우팅 정보를 +MAC 계층의 프레임에 라우팅 정보를 싣는다.

   ㉢  송신 스테이션이 라우팅 경로를 찾으며 이를 route discovery라고 한다. 

 

 

9) LAN 브리지 비교 

	고정경로배정 브리지	투명 브리지	소스경로 브리지
재구성 능력	제한. 라우팅 정보를 가지고 있는 브리지에 의해 수행	높음. 브리지는 스테이션의 위치정보 유지    높음.	각 스테이션은 전송하기 전에 목적지의 경로를 알고 있어야 함
스테이션의 책임성	없음. 프레임을 전송하고 브리지가 작동하도록 함	없음. 프레임을 전송하고 브리지가 작동하도록 함	주소를 결정하고 유지
브리지의 요구	라우팅 테이블	라우팅 테이블 생성과 갱신, 신장트리 알고리즘을 수행할 수 있는 능력	(경로배정)설계자에 의존하는 방송 또는 전송할 수 있는 능력과 신장트리 알고리즘을 실행할 수 있는 능력
사용된 라우트	설계자에 의해 결정됨	향상. 신장트리 중에서 사용.하지만 가장 저렴할 필요 없음	스테이션은 가장 저렴한 라우트를 선택
토폴로지에 대한 의존성	약간. 브리지는 프로그램되어 있어야함. 그러나 스테이션은 알 필요 없음	없음. 브리지는 브리지 포트에 동식으로 관련된 스테이션을 알고 있어야 하고 스테이션은 알 필요가 없음	약간. 브리지는 라우팅 정보와 신장트리 알고리즘에 응답하고 스테이션은 목적지 경로를 결정

 

  

[정리하기]

1. 토큰 버스 방식은 이더넷과 토큰 링 방식을 결합한 것으로서 스테이션들은 물리적으로 버스 구조이나 논리적으로는 링 구조이다.

 

2. 리피터는 연결된 LAN으로부터 프레임의 비트들을 받아들이고, 버퍼에 저장해서 다른 LAN 으로 프레임을 전송한다.

 

3. 브리지는 OSI 계층 2의 커넥터로서 오류 검출, 프레임 구조화, 프레임 경로 배정과 같은 데이터 링크 기능을 수행한다.