Ethernet Frame 최소 길이가 64 byte인 이유 (+ CSMA/CD)

 

프레임의 최소 길이는 왜 64 byte 일까. 그 이유는 과거 Layer 1의 표준 때문이었다. Ethernet이 처음 만들어졌을 때 통신을 위해 만들었던 최초의 케이블의 Type은 10BASE5 를 이용해서 통신을 하였다. 즉 대역폭 10Mbps & 거리 500M 의 동축 케이블이다. 

 

또한 그 때 당시 Ethernet은 half-duplex 이었으므로 충돌(Collision)이 발생하는 구조였고, 충돌을 방지하기 위해 CSMA/CD방식을 사용하였다.

 

우선 송신 측에서는 내가 보낸 프레임이 목적지에 도착할 때까지는 충돌이 발생하는 지를 감시해야 하는데, 충돌이 발생하는지 안 하는지 감지할 동안 프레임이 계속 전송되고 있어야, 충돌 발생 시 프레임을 폐기하고 재 전송할 수 있다. 때문에 데이터가 가장 멀리까지 가서 충돌이 난 경우까지 생각하여 충돌 신호가 갔다 올 때까지 계속적으로 프레임을 보내고 있어야 한다.

 

 

10BASE5의 경우 500M를 이동하는데 2.8us 소요되고, 리피터를 이용하더라도 최대 이동 가능한 거리는 2.5km까지 전송할 수 있다. 최대거리 2.5km를 이동하는데 14us이 걸리고, 다시 돌아오는 시간 14us이 걸리니 총 소요 시간은 28us이 된다. 그리고 각 HOP을 거칠 때마다 3us만큼의 Delay가 발생하고, 최대 설치 가능한 리피터는 4대이니 지연에 의한 시간은 12us, 그리고 돌아올 때도 12us이 소모된다. (리피터는 5-4-3 Rule에 의하여 최대 4개 까지 설치 가능)

 

왕복 전송시간과 왕복 지연시간을 더하면 52us이 소요 되는 것인데, byte 를 맞추기 위해서 51.2us 라고 한다.

10BASE5에서 대역폭은 10Mbps이며 1 bit를 전송하기 위해서는 0.1us가 필요하다.

충돌이 발생하는지 안하는지 감지할 동안 프레임이 계속 전송되고 있어야 충돌이 발생하면 프레임을 폐기하고 재 전송할 수 있고, 신호가 가장 멀리 갔다가 (충돌 발생 시)다시 돌아오는 시간 만큼 계속 프레임을 보낼려면 전체 왕복 시간이 51.2us이 소요 되기 때문에 최소 패킷 길이가 512 bit (=64 byte)가 된 것이다.

 

출처 : https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=roser111&logNo=221141395803

 

 

 

참고.

 

CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection

이더넷에서 장치가 매체에 접속하는 것을 관리하는 방법

 

어느 A, B 컴퓨터가 다른 컴퓨터로 스위치를 통해 서버로 정보를 요청하는 상황을 가정

• A, B 컴퓨터는 서버에 정보를 전송하기 위해 회선이 사용 중이지 않는지 확인. (반송파 감지 - Carrier Sense, 또는 청취)
• 양 컴퓨터는 회선이 사용 중이지 않다는 것을 확인하고 두 컴퓨터가 서버로 정보를 요청한다 (다중 접근 - Multi Access)
• 두 컴퓨터의 통신이 충돌(Collision), 신호가 퍼져나갈 때 비정상적인 증폭으로 충돌을 확인한다. (충돌 감지 - Collision Detection)
• 충돌을 확인한 전송장비가 충돌을 알린다. (충돌 신호 - Jam Signal)
• A, B 컴퓨터는 충돌을 확인 후 백오프(Backoff) 알고리즘을 수행하고, 임의의 시간동안 전송을 중단한다.
• 임의의 시간이 지난 후, 다시 청취모드로 돌아가 이 과정을 충돌이 일어나지 않을 때까지 반복한다.

네트워크 허브라는 것이 등장하여 네트워크의 형태가 버스형에서 스타형으로 변경되고, 허브가 업그레이드가 되어 '스위칭 허브' 또는 'L2 스위치'로 변경됨에 따라, 이더넷은 실질적으로 충돌 자체가 발생하지 않는 구조로 바뀌었다.

 

랜 케이블이라고 흔히 부르는 RJ-45 연결단자를 사용하는 21세기의 이더넷은 이런 충돌 자체가 태생적으로 생기지 않도록 되어 있기 때문에, 10Mbps, 100Mbps를 넘어 기가 인터넷같은 고속의 인터넷 서비스가 각 가정집까지 연결되는 세상이 되었다.

 

현재의 이더넷은 충돌이 발생하지 않는 구조이고 CSMA/CD는 실질적으로 적용되지는 않지만, 과거와의 호환성 문제로 CSMA/CD는 여전히 이더넷 표준에 포함되어 있다.

 

출처 : 위키백과