고속 이더넷, 기가비트 이더넷

기존 이더넷의 전송 속도를 향상시키기 위해 나타난 기술이다. IEEE 802.3u로 규격화하였으며, 이더넷 프로토콜을 사용하여 데이터 전송 속도를 100[Mbps]로 향상 시킨 이더넷 표준의 확장이다. 기존의 CSMA/CD 프로토콜을 사용하면서 이더넷의 대역폭을 증가시켰다. 최대 케이블 길이를 줄이고, 최소 프레임 길이는 기존의 이더넷과 동일하게 함으로써 전송속도를 향상시켰다.

- Convergence Sublayer(CS) : 다른 전송 매체를 이용하여 높은 전송 속도로 전송하기 위한 MAC계층과 Physical Medium-dependent 사이의 인터페이스를 제공.

- Media Independent Interface(MII) : 40pin으로 구성된 커넥터로 특정 규격이 아닌 다양한 규격의 매체와 연결할 수 있는 일종의 미디어 어뎁터이다.

 

<기가비트 이더넷>

​100Mbps를 지원하는 고속 이더넷의 등장 이후, 대역폭을 지원할 수 있는 고속 네트워킹 기술이 필요했다.

기존의 이더넷에서 지원하지 않던 음성, 영상인 멀티미디어 데이터 활성화로 인한 서비스 품질(QoS:Quality of Service)충족이 필요하였다.

그래서 기가비트 이더넷 기술이 등장하였다.

 

IEEE802.3z 기가비트 이더넷 태스크 포스(task force)가 설치되었다. 주요 네트워크 및 서버 업체들이 모여 GEA(Gigabit Ethernet Alliance)를 설립하였고, IEEE802.3의 표준화 활동에 기여하였다.

기가비트 이더넷 프로토콜 구조인데, 물리층 규격은 파이버 채널을 기본으로 8B/10B 부호화 방식을 채택하였다. 기존의 IEEE802.3 이더넷도 채택하였다.

 

기가비트 이더넷의 전송매체로는 기본적으로 광섬유는 사용하였다.

1. 1000Base-SX (S : Short Wavelength) : 멀티모드 광섬유 상에서 단파장(850nm/353[THz]) 레이저를 사용하여 송수신 한다.

2. 1000Base-LX (L : Long Wavelength) : 멀티모드와 싱글모드 광섬유상에서 장파장(1310nm/229[THz]) 레이저를 사용하여 송.수신 한다.

3. 1000Base-CX (C : Coaxial) : 2심 동축케이블을 사용하는 단거리 접속용 구리선 방식이다.

 

※ 1000Base-T는 4쌍의 카테고리 UTP케이블을 사용하여 1Gbps의 데이터 전송을 실현할 목적으로 IEEE802.ab 태스크 포스에서 표준화가 만들어졌다.

 

즉, 기가비트 이더넷 관련된 표준으로는 IEEE802.3z (1000Base-X : 광) 와 IEEE802.3ab (1000Base-T : UTP)가 있다.

 

 

<기가비트 이더넷의 특징과 구조>

[기가비트 이더넷 프레임 구조]

1. 1[Gbps] 속도에서 전이중, 반이중 통신 방식 지원한다.

2. IEEE 802.3 프레임 형태를 그대로 사용했다. (이더넷 네트워크 상호 운영 시 프레임의 변환이 필요 없음)

3. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)  MAC 이용

4. 최소한의 충돌 감지를 위하여 프레임 크기를 64바이트에서 512바이트로 확장하였다.

기가비트 이더넷에서는 64바이트의 최소 프레임 길이를 사용하여 1[Gbps] 전송속도를 지원하기 위하여 캐리어 확장(Carrier Extension)과 데이터 전송효율을 높이기 위한 기술로 프레임 버스팅(FrameBursting)을 사용한다.

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- 캐리어 확장(Carrier Extension)

최소 캐리어 슬롯 타임을 기존 64바이트 타임에서 512 바이트 타임으로 확장하고,실제로 전송되는 프레임의 길이는 변함 없다. 송신측에서 일종의 패딩(Padding)을 추가하고, 수신측에서는 이를 무시한다.

 

예) 송신할 데이터의 크기가 46바이트인 경우 캐리어 확장으로 448바이트의 패딩을 추가하여 512바이트의 길이로 만들어 전송한다.

- 프레임 버스팅(FrameBursting)

512바이트 미만의 짧은 프레임 전송 시, 패딩으로 인한 전송 효율의 저하를 줄이기 위한 방법이다.

여러 개의 짧은 프레임 전송 시, 짧은 프레임들을 모아서 한번에 보내는 방식이며,한 호스트가 최초의 프레임을 충돌 없이 송신 완료한 후에 캐리어를 해제하지 않고 다음 프레임을 송신한다.

 

전송 방법 : 처음 전송하는 프레임의 길이가 512바이트가 안될 경우 캐리어 확장을 사용하여 추가 필드를 붙이고, 그 후에는 CSMA/CD의 최소 캐리어 접속시간(65.536㎲)이 보장되므로 8,192바이트만큼의 데이터를 연속해서 충돌 없이 전송할 수 있다.

[기가비트 이더넷 계층구조]

GMII(Gigabit Media Independent Interface) : MAC계층과 물리계층 사이에서 MAC계층이 어떤 종류의 물리계층에서도 독립적으로 동작할 수 있도록 하는 인터페이스

송신과 수신이 각각 8비트의 전송폭을 갖고있으며, 전송 클럭은 125MHz가 사용되고, 전송 방식은 반이중, 전이중 모두 지원한다.

 

PCS(Physical Coding Sublayer)

8B/10B 코딩을 사용하고, 캐리어 센스와 충돌을 감지한다. 속도(10/100/1000Mbps)에 대한 선택과 전이중/반이중 등의 동작모드에 대한 결정을 한다.

 

PMA(Physical Medium Attachment)

여러 매체로부터 수신되는 비트 신호를 상위 PCS 부계층과 연결시키는 기능을 수행

PCS에서 수신한 10비트의 코드를 연속적인 비트 직렬신호로 변환

 

PMD(Physical Medium Dependent)

PMA 부계층에서 전달받은 비트 신호들을 양의 전압과 음의 전압을 갖는 펄스파로변환

 

MDI(Medium Dependent Interface) : 다양한 방식의 매체에 대한 실제 물리적 연결을 정의하는 물리계층 인터페이스