이더넷 및 링크 계층 스위칭

이더넷은 유선 링크 계층 기술의 지배적인 형태로, 프레임 형식, 주소 지정, 물리 매체 제품군을 정의하며, 초기에는 공유되고 충돌이 잦은 매체로 작동했지만 오늘날에는 전이중 스위치 네트워크로 운영됩니다.

Definition

이더넷은 IEEE 802.3으로 표준화된 링크 계층 네트워킹 기술 제품군으로, 프레임 형식, MAC 주소 지정, 물리 계층 옵션을 명시하며, 원래는 공유 매체에서 CSMA/CD를 사용했지만 현재는 주로 스위치 방식의 전이중 링크로 배포됩니다.

Scope

이 주제는 이더넷 표준과 스위치 작동에 대해 다룹니다: 이더넷 프레임 형식(프리앰블, 송수신 MAC 주소, 유형, 페이로드, CRC), 공유 동축 케이블을 통한 CSMA/CD에서 전이중 스위치 트위스트 페어 및 광섬유로의 진화, 초기 메가비트 이더넷부터 멀티 기가비트 변형까지의 속도 범위, 그리고 현대 LAN 및 데이터 센터에서 이더넷 스위치의 역할. 이는 이더넷의 특정 사항에 초점을 맞춰 더 넓은 스위치 LAN 주제를 보완하며, 상위 계층 라우팅은 제외합니다.

Core questions

• 이더넷 프레임을 구성하는 필드는 무엇이며, 각 필드는 어떤 역할을 합니까?
• 이더넷은 공유 CSMA/CD 매체에서 스위치 방식의 전이중 링크로 어떻게 진화했습니까?
• 이더넷 제품군은 어떤 속도 범위와 물리 매체를 포함합니까?
• 이더넷 스위치는 프레임을 어떻게 전달하고 충돌을 제거합니까?
• 이더넷이 유선 근거리 통신망 및 데이터 센터 네트워크에서 지배적인 위치를 유지한 이유는 무엇입니까?

Key concepts

• 이더넷 프레임 형식
• MAC 주소
• CSMA/CD (레거시)
• 전이중 스위치 이더넷
• 물리 매체 (트위스트 페어, 광섬유)
• 이더넷 속도 (Fast, Gigabit, 10G+)
• CRC 오류 감지
• 이더넷 스위치

Key theories

이더넷 프레임 구조

이더넷 프레임은 동기화를 위한 프리앰블, 송수신 MAC 주소, 유형/길이 필드, 가변 길이 페이로드, 오류 감지를 위한 CRC를 포함합니다. 이 간단하고 안정적인 형식은 수십 년간의 속도 증가에도 불구하고 지속되었습니다.

공유 CSMA/CD에서 스위치 방식의 전이중으로

초기 이더넷은 동축 버스를 공유하고 CSMA/CD를 사용하여 충돌을 관리했습니다. 현대 이더넷은 각 호스트에 전이중으로 작동하는 전용 스위치 링크를 제공하여 충돌을 제거하고 스위치 포트 속도에 따라 용량을 확장할 수 있도록 합니다.

Clinical relevance

이더넷은 사무실, 가정, 데이터 센터의 유선 네트워킹 표준이며, 그 프레임 형식은 IP와 나머지 인터넷 스택이 로컬 링크를 통해 작동하는 기반입니다. 스위치 방식의 전이중 형태는 데이터 센터와 기업 네트워크가 의존하는 높고 예측 가능한 처리량을 제공하며, 지속적인 속도 확장은 현대 인프라의 핵심으로 유지되게 합니다.

History

Metcalfe와 Boggs는 1973-1976년 Xerox PARC에서 공유 동축 케이블을 통해 CSMA/CD를 사용하여 이더넷을 발명했습니다. 이는 IEEE 802.3으로 표준화되었고, 10Mbps 공유 동축 케이블에서 트위스트 페어 배선으로 발전했으며, 충돌을 제거하는 스위치 방식의 전이중 작동으로, 그리고 Fast, Gigabit, 멀티-텐-기가비트 속도로 나아가 Token Ring과 같은 경쟁 LAN 기술보다 오래 지속되었습니다.

Key figures

• Robert Metcalfe
• David Boggs

Seminal works

• metcalfe1976
• kurose2021
• ieee8023-2018

Frequently asked questions

이더넷은 여전히 CSMA/CD를 사용합니까?

현대 스위치 이더넷은 일반적으로 사용하지 않습니다. 각 호스트는 스위치에 전용 전이중 링크를 가지고 있으므로 충돌이 없으며 CSMA/CD는 불필요합니다. 이 메커니즘은 레거시 반이중 공유 세그먼트에 대한 표준의 일부로 남아 있지만, 오늘날에는 드뭅니다.

이더넷이 다른 LAN 기술보다 오래 지속된 이유는 무엇입니까?

이더넷은 간단하고 안정적인 프레임 형식과 지속적인 속도 증가, 저렴한 비용, 쉬운 스위칭을 결합했습니다. 하위 호환성과 생태계를 통해 기본 추상화를 변경하지 않고도 메가비트에서 수많은 기가비트로 확장할 수 있었으며, 이는 Token Ring과 같은 대안을 대체하고 유선 네트워킹을 지배할 수 있게 했습니다.