KR100274550B1

KR100274550B1 - 고속 이더넷의 충돌 방지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100274550B1
Application number: KR1019980045711A
Authority: KR
Inventors: 오순석
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-12-15
Also published as: US6778551B1; KR20000027713A

Abstract

본 발명은 미디어 액세스 컨트롤러와 물리적 접속부를 가지는 고속 이더넷의 충돌 장치에서 미디어 액세스 컨트롤러가 다수의 프레임을 물리적 접속부를 통해 전송선로에 송신할 때 프레임 사이에 존재하는 인터프레임갭에 특정 부호를 발생시켜 유휴 구간과 인터프레임갭을 구별하는 것이다.

Description

고속 이더넷의 충돌 방지 장치 및 그 방법

본 발명은 고속 이더넷(fast ethernet)의 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면 다수의 프레임(frame) 사이에 발생하는 인터프레임갭(inter frame gap : 이하 'IFG'라 칭함)을 사용한 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최초에 개발된 이더넷은 개인용 컴퓨터의 폭발적인 성장에 힘입어 고속 성장을 거듭하며 근거리 통신망(LAN) 시장을 석권하였다. 이와 함께 기술개발도 본격적으로 이루어져 현재는 100Mb/s, 1000Mb/s의 고속 데이터 통신망이 출현하였다. 그러나 이러한 기술개발은 OSI(open system integration)의 제1 계층인 물리 계층에 초점이 맞추어 진행되었다. 따라서 고속 물리 계층 개발 및 상품화가 진행된 반면 미디어 액세스 컨트롤러(media access controller: 이하 'MAC'이라 칭함)의 제품은 개발 당시의 프로토콜을 거의 변경하지 않고 사용하고 있다. 최근에 들어서 개인용 컴퓨터는 성능 개선이 급진전되었고 근거리 통신망의 호스트 수요가 팽창되어서 기존의 MAC 프로토콜인 CSMA/CD(carrier sense multiple access/collision detection) 방식은 현재의 통신 환경에서는 많은 문제점을 발생시킨다.

네트워크 상에서 다수의 호스트가 데이터를 전송할 때 동시에 전송된 데이터 사이에는 충돌(collision)이 발생하는 경우가 있다. 이러한 충돌이 발생하면 네트워크 상에는 일정 비트의 충돌 신호가 각각의 호스트측으로 전달된다. 충돌 신호를 수신한 각각의 호스트는 재전송 알고리듬에 의해 데이터를 재전송한다. 이때 사용되는 재전송 알고리듬으로 binary exponential backoff(이하 'BEB'라 칭함)라는 알고리듬이 주로 사용된다. BEB 알고리듬은 충돌이 발생한 시점에서 일정 지연시간 후에 데이터를 재전송할 때, 상기 일정 지연시간을 결정하는 알고리듬이다. 이때 일정 지연시간은 충돌이 발생할때마다 2의 승수만큼 연장된다.

예컨대, 호스트A가 네트워크 상에 데이터를 송신한 후 처음 충돌이 발생하면 1분후에 다시 재전송을 시도하게 된다. 여기서, 호스트A가 재전송을 시도한후, 두 번째 충돌이 발생하면 2분 후에 재전송을 시도하고, 세 번째 충돌이 발생하면 4분 후에 재전송을 시도한다. 그러나, 이러한 BEB 알고리듬은 네트워크 공평성을 위배하는 문제점이 있다. 즉, 호스트A가 세 번째 충돌이 발생하여 4분의 지연시간 후에 재전송을 시도한다고 하자. 여기서, 호스트A가 다음 재전송을 위해 지연되고 있는 동안 호스트B가 데이터를 전송하게 되면 호스트A보다 먼저 데이터를 전송하게 된다. 또한, 호스트A가 먼저 데이터 송신을 하고 호스트B는 나중에 데이터 송신을 할 때도 위와 같은 네트워크 상의 공평성을 위배하는 문제가 발생한다. 즉, BEB 알고리듬은 먼저 데이터 송신을 시도한 호스트보다 나중에 데이터 송신을 시도한 호스트가 네트워크를 먼저 점유하여 데이터를 송신하게 되는 결과를 초래한다. 이러한 문제점은 캡쳐 효과(capture effect)라고 통칭되며 네트워크 성능 저하의 주요 요인이다. 캡쳐 효과는 CSMA/CD 방식이 안고 있는 구조적인 문제점으로 네트워크의 호스트 수가 급격히 많아지거나 대량의 데이터를 전송하는 경우에 더욱 심각한 문제점으로 대두된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 BEB 알고리듬을 개선한 CABEB(capture avoidance binary exponential backoff) 알고리듬과 BLAM(binary logarithmic arbitration method) 알고리듬이 개발되었다. 이들 알고리듬은 기본적으로 BEB 알고리듬을 사용하고 여기에 충돌 방지를 위한 지연시간을 산출하는 방법을 개량한 것이다. 그러나, 이들 알고리듬은 네트워크의 공평성을 위배하는 상기와 같은 문제점을 완전하게 해결하지 못 한다.

또한, 네트워크 상의 허브나 리피터와 같은 중계기가 충돌이 발생했을 때 충돌 신호를 미리 감지하여 호스트측에 충돌 신호를 송신하는 collision truncation이라는 방법이 있다. 이 방법은 충돌 신호가 각각의 호스트측으로 전달되는데 소요되는 지연 시간을 줄여 네트워크의 성능 저하를 방지한 것이다. 그러나, 이와 같은 방법도 네트워크의 성능은 향상시키지만 충돌과 공평성 위배의 문제점을 해결하지는 못 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 상기의 기술들은 종래 네트워크의 근본적인 문제인 충돌을 근원적으로 해결하지 못하므로 여전히 네트워크 성능 저하의 문제점을 내재하고 있다. 특히, 네트워크의 트래픽(traffic)이 증가하는 경우에는 최대 전송 시간을 넘겨서 데이터를 전송하지 못하게 되어 정보를 상실한다. 이러한 현상이 발생한 경우에는 상위 계층에서만 해결이 가능하여 네트워크의 전체효율이 현저하게 감소하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위해, 충돌을 사전에 방지하여 기존의 캡쳐 효과를 해결하고 네트워크의 공평성을 확보함으로써 네트워크의 성능을 높이는 것이다. 즉, 본 발명의 과제는 인터프레임갭에 특정 부호를 삽입하여 네트워크 상으로 데이터 송신 중임을 알리고, 다른 호스트들은 특정 부호를 수신하고 내부 카운터를 동작시켜 카운터값에 따라 순서대로 네트워크를 점유하는 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

도1은 고속 이더넷의 프레임 전송도이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 고속 이더넷의 프레임 전송도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 인터프레임갭을 나타내는 특정 부호이다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 충돌 방지 장치의 블록도이다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 충돌 방지를 위한 송신 흐름도이다.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 방지를 위한 수신 흐름도이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 미디어 액세스 컨트롤러와 물리적 접속부를 가지는 고속 이더넷의 충돌 장치에서, 미디어 액세스 컨트롤러가 다수의 프레임을 물리적 접속부를 통해 전송선로에 송신할 때 프레임 사이에 존재하는 인터프레임갭에 특정 부호를 발생시켜 유휴 구간과 인터프레임갭을 구별하는 것이다.

본 발명의 특징에 따른 구성은 미디어 액세스 컨트롤러, 송신부, 부호발생기, 수신부 및 카운터로 이루어진다. 여기서, 미디어 액세스 컨트롤러는 전송을 위해 데이터를 생성하고 프레임 단위로 나눈다. 송신부는 물리적 접속부로서 데이터를 프레임 단위로 전송선로에 전기적으로 인가한다. 부호발생기는 프레임 사이의 인터프레임갭에 유휴 구간과 구별되는 특정 부호를 발생시킨다. 또한, 수신부는 물리적 접속부로서 전송선로에서 프레임 단위로 수신된 전기적 신호를 데이터로 변환하여 전달한다. 카운터는 인터프레임갭에서 발생된 특정 부호를 수신하여 동작한다. 여기서, 특정 부호는 인터프레임갭의 시작을 나타내는 시작 구간, 카운터가 동작하는데 필요한 클럭을 제공하는 클럭 구간 및 인터프레임갭의 끝을 나타내는 종료 구간으로 이루어진다. 카운터는 특정 부호의 시작 구간에 의해 초기화되고 클럭 구간의 클럭에 따라 카운팅되며 종료 구간에 의해 카운팅을 종료하고 카운터값을 미디어 액세스 컨트롤러에 전달한다. 따라서, 미디어 액세스 컨트롤러는 카운터값을 수신하여 데이터 전송에 대한 우선순위를 결정한다.

또한, 본 발명은 데이터를 미디어 엑세스 컨트롤러에서 송신부로 전달하는 송신 데이터 경로부가 더 포함될 수 있다.

또한, 본 발명은 수신부가 전송선로에서 수신한 데이터를 미디어 액세스 컨트롤러로 전달하는 수신 데이터 경로부가 더 포함될 수 있다.

본 발명을 이루기 위한 방법은 송신할 데이터를 생성하고 데이터 길이에 따라 프레임을 형성하는 제1 단계; 1개의 프레임으로 보낼 것인지 판단하는 제2 단계; 1개 이상의 프레임으로 전송하는 경우, 다수의 프레임 중에서 제1 프레임을 송신한후 인터프레임갭 구간에 특정 부호를 전송하는 제3 단계; 1개의 프레임으로 전송하는 경우, 상기 프레임을 전송하는 제4 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명을 이루기 위한 상기의 방법은 호스트가 데이터를 송신하기 위해 전송선로를 감시하는 제5 단계; 호스트가 상기 인터프레임갭 구간에서 상기 특정 부호를 수신하면 상기 특정 부호의 클럭 신호에 따라 카운팅을 수행하고 카운터값을 출력하는 제6단계; 상기 카운터값에 따라 우선순위를 정하고 상기 우선순위에 따라 상기 호스트가 상기 데이터를 재전송하는 제7단계가 더 포함된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고속 이더넷의 충돌 방지 장치 및 그 방법에 대해 설명한다.

도1은 고속 이더넷의 프레임 전송도로서, 네트워크 상에 유휴 구간(idle period), 프레임 및 프레임 사이에 IFG 구간이 있다. 유휴 구간은 네트워크 상에 전송되는 데이터가 없는 유휴 구간을 나타낸다. 여기에 도시된 프레임은 동일 호스트가 전송한 데이터가 3개의 프레임으로 나누어진 것을 말한다. 또한, 프레임 사이에는 IFG 구간이 있다. 여기서, 유휴 구간임을 표시하는 부호와 IFG 구간을 표시하는 부호는 동일하다. 따라서, 호스트는 유휴 구간이나 IFG 구간에서 캐리어를 감지하여 데이터를 전송하게 된다.

본 발명은 충돌 방지를 위하여 데이터 전송이 일어나지 않는 유휴 구간과 IFG 구간을 구별하는 특정 부호를 IFG 구간에 발생시킨다. 또한, 다수의 호스트 사이에서 충돌을 방지하기 위해 IFG 구간에 발생된 특정 부호를 이용하여 BEB 알고리듬을 개선한다.

따라서, 이하에서는 위에서 설명한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 대해 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 인터프레임갭을 나타내는 특정 부호이다.

도2에 도시한 바와 같이, 전체 IFG 구간의 길이는 96비트이고, 처음 10비트는 IFG 시작 구간을 나타내고 이어지는 80비트는 클럭을 표시하며 나머지 6비트는 IFG 종료 구간을 나타낸다. 여기서, 클럭은 "110011"의 형태로 반복하도록 선정함으로써 실제 클럭 개수는 20개가 된다. 여기서, 클럭 개수 20은 이하에 설명하는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3에서 규정된 BEB 알고리듬의 최대 재전송 시도 횟수 16에 여유를 두기 위한 것이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 고속 이더넷의 프레임 전송도이다.

도3에 도시한 바와 같이, 호스트A, 호스트B 및 호스트C가 네트워크에 연결되어 데이터 송신을 시도한다. t1 구간에서 호스트A가 전송선로 상태를 확인한다. 이때 전송선로 상태는 유휴 구간이므로 호스트A는 t2 구간부터 데이터를 송신하기 시작한다. 호스트A가 송신하는 데이터는 2개의 프레임으로 나뉘어 전송된다. 이때, 제1 프레임은 t2 구간에 전송되고 t3 구간에서는 IFG 구간임을 표시하는 특정 부호가 전송되며 t4 구간에서 제2 프레임이 전송된다. 호스트A는 데이터 전송을 마친후에 t5 구간부터 유휴 구간임을 나타내는 부호 "101010..."를 반복하여 전송한다.

한편, 호스트B와 호스트C는 t3 구간에서 거의 동시에 데이터 송신을 위해 전송선로를 확인한다. 이때, 종래의 기술에서는 호스트B와 호스트C는 t3구간에서 IFG 구간임을 표시하는 반복된 부호 "101010..."을 수신하고, t4 구간에서 호스트B와 호스트C가 동시에 데이터 전송을 시작함으로써 충돌이 발생한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 호스트B와 호스트C는 거의 동시에 t3 구간에서 IFG 구간임을 표시하는 특정 부호를 수신하게 된다. 여기서, 호스트B와 호스트C는, 도2에서 도시한 바와 같이, IFG 구간에서 클럭 신호를 수신하여 각각의 내부 카운터를 동작시킨다. 따라서, 호스트B는 호스트C보다 먼저 IFG 구간에서 전송선로를 감지하였으므로 즉시 카운터를 동작시켜 카운터값이 호스트C의 카운터값보다 크게 된다.

IEEE 802.3의 규정에 따라 충돌을 피하기 위한 BEB 알고리듬은 다음과 같다.

0≤r≺2^k

여기서, k = min(n, 10)

이때, n값은 IEEE 802.3 규정에 의하여 호스트B와 호스트C가 모두 '1'을 갖게 된다. 다음, 동일한 n값을 갖는 호스트B와 호스트C는 카운터값을 비교하여 우선순위를 결정하게 된다. 여기서는 호스트B가 더 큰 카운터값을 가지므로 더 높은 우선순위를 가지게되어 호스트A가 데이터 전송을 종료한 후 t5 구간에서 데이터 전송을 시작하게 된다. 다음, 호스트C는 t6 구간에서 데이터를 전송한다.

이하에서는 도2 및 도3에서 도시한 바와 같이 동작하는 호스트A, 호스트B 및 호스트C의 내부 구조를 설명한다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명은 MAC(100), 송신 데이터 경로부(200), 부호발생기(300), 송신부(400), 수신부(500), 수신 데이터 경로부(600) 및 카운터(700)로 이루어진다.

MAC(100)은 IEEE 802.3 규정에 따른 데이터 생성 및 미디어 관리를 담당한다. 또한, 송신부(400)는 물리계층 접속부로서 전송 데이터를 전기적 신호로 바꾸어 전송선로에 인가하는 역할을 한다. 수신부(500)는 전송선로로부터 전기적 신호를 수신하여 데이터로 변환하는 역할을 한다. MAC(100)과 물리계층 접속부인 송신부(400) 사이에는 송신 데이터 경로부(200)가 위치하여 MAC(100)에서 송신하는 데이터를 송신부(400)로 전달한다. 이때, 부호발생기(300)는 프레임 사이의 IFG 구간에 도2에서 도시한 바와 같은 특정 부호를 발생시킨다. 물리계층 접속부인 수신부(500)와 MAC(100) 사이에는 수신 데이터 경로부(700)가 위치하여 전송선로에서 수신부(500)로 수신된 데이터를 MAC(100)으로 전달한다. 이때, 카운터(700)는 IFG 구간을 나타내는 특정 부호의 시작 구간을 인지함으로써 초기화되어 동작을 시작하고 클럭 신호에 따라 카운팅을 수행하며 종료 구간을 수신하면 종료된다.

MAC(100)에서 송신할 데이터를 생성하고 데이터 길이를 분석하여(S100) 1개의 프레임으로 보낼 것인지 판단한다(S110). 송신 데이터의 양이 많아서 1개 이상의 프레임으로 전송하는 경우, 부호발생기(300)를 활성화시킨다(S120). 다음, 다수의 프레임으로 나뉘어진 데이터 중에서 제1 프레임을 송신한다(S130). 부호발생기(300)는 IFG 구간에 도2에 도시한 바와 같은 특정 부호를 전송한다(140). 다시, 제2 프레임이 송신되고 IFG 구간에 특정 부호가 전송되는 루틴이 데이터가 모두 전송될 때까지 반복된다.

한편, 송신 데이터의 양이 적어서 1개의 프레임으로 전송 가능하면 부호발생기(300)를 대기 상태로 만든다(S150). 다음, 데이터는 송신 데이터 경로부(200)를 경유하여 송신부(400)로 전달되고 전기적 신호로 변환되어 전송선로에 인가된다(S160).

호스트가 데이터를 송신하기 위해 전송선로를 감시한다. 이때, 호스트가 IFG 구간에서 도2에 도시한 바와 같은 특정 부호를 수신하면 카운터(700)를 초기화하여 활성화시킨다. 다음, 카운터(700)는 특정 부호의 클럭 신호에 따라 카운팅을 수행하고 종료 구간을 수신하면 카운터값을 MAC에 전달한다. 여기서, MAC은 수신된 카운터값에 따라 우선순위를 정하게 된다. 그리고, 우선순위에 따라 각각의 호스트는 해당 구간에 데이터를 재전송하게 된다.

이상에서는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치에 대해 설명하였지만 본 발명의 충돌 방지 장치는 고속 이더넷에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 IEEE 802.3 프레임을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 상기한 IEEE 802.3 프레임에 한하는 것은 아니며, IEEE 802.4, IEEE802.5 등과 같은 다양한 이더넷 프로토콜을 사용한 이더넷에 적용 가능한 것은 물론이다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명에 따르면, IFG 구간에 특정 부호를 발생시키고, 이 특정 부호의 클럭 신호에 따라 동작하는 카운터를 내장하여 카운터값을 MAC에 전달함으로써 MAC이 데이터 재전송을 시도하는데 네트워크의 접속 지연 현상을 방지하고 특정 호스트에 의한 네트워크 과점 현상을 방지한다. 또한, 충돌 발생 이후 전송선로를 선점한 호스트와 실패한 호스트간에 공평성을 보장한다.

Claims

전송을 위해 데이터를 생성하고 프레임 단위로 나누는 미디어 액세스 컨트롤러;

물리적 접속부로서 상기 데이터를 상기 프레임 단위로 전송선로에 전기적으로 인가하는 송신부;

상기 프레임 사이의 인터프레임갭에 유휴 구간과 구별되는 특정 부호를 발생시키는 부호발생기;

물리적 접속부로서 전송선로에서 프레임 단위로 수신된 전기적 신호를 데이터로 변환하여 전달하는 수신부;

상기 인터프레임갭에서 발생된 상기 특정 부호를 수신하여 동작하는 카운터로 이루어지는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제1항에서,

상기 데이터를 상기 미디어 엑세스 컨트롤러에서 상기 송신부로 전달하는 송신 데이터 경로부가 더 포함되는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제1항에서,

상기 수신부가 전송선로에서 수신한 데이터를 상기 미디어 액세스 컨트롤러로 전달하는 수신 데이터 경로부가 더 포함되는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제1항에서,

상기 특정 부호는,

상기 인터프레임갭의 시작을 나타내는 시작 구간;

상기 카운터가 동작하는데 필요한 클럭을 제공하는 클럭 구간;

상기 인터프레임갭의 끝은 나타내는 종료 구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제4항에서,

상기 카운터는 상기 특정부호의 시작 구간에 의해 초기화되고 상기 클럭 구간의 클럭에 따라 카운팅되며 상기 종료 구간에 의해 상기 카운팅을 종료하고 카운터값을 상기 미디어 액세스 컨트롤러에 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제5항에서,

상기 미디어 액세스 컨트롤러는 상기 카운터값을 수신하여 데이터 전송에 대한 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제6항에서,

상기 카운터값이 백오프 알고리듬의 계수로 사용되는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
미디어 액세스 컨트롤러와 물리적 접속부를 가지는 고속 이더넷의 충돌 장치에 있어서,

상기 미디어 액세스 컨트롤러가 다수의 프레임을 상기 물리적 접속부를 통해 전송선로에 송신할 때 상기 프레임 사이에 존재하는 인터프레임갭에 특정 부호를 발생시켜 유휴 구간과 상기 인터프레임갭을 구별하는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제8항에서,

상기 특정 부호는,

상기 인터프레임갭의 시작을 나타내는 시작 구간;

상기 카운터가 동작하는데 필요한 클럭을 제공하는 클럭 구간;

상기 인터프레임갭의 끝은 나타내는 종료 구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제9항에서,

상기 시작 구간에 의해 초기화되고 상기 클럭 구간이 클럭에 따라 카운팅되며 상기 종료 구간에 의해 상기 카운팅이 종료되는 카운터가 포함되어,

상기 카운터값이 데이터 전송에 대한 우선순위를 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
제10항에서,

상기 카운터값이 백오프 알고리듬의 계수로 사용되는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 장치.
송신할 데이터를 생성하고 데이터 길이에 따라 프레임을 형성하는 제1 단계;

1개의 프레임으로 보낼 것인지 판단하는 제2 단계;

1개 이상의 프레임으로 전송하는 경우, 다수의 프레임 중에서 제1 프레임을 송신한후 인터프레임갭 구간에 특정 부호를 전송하는 제3 단계;

1개의 프레임으로 전송하는 경우, 상기 프레임을 전송하는 제4 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 방법.
제12항에서,

상기 제3단계는 상기 데이터가 모두 전송될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 방법.
제12항에서,

호스트가 데이터를 송신하기 위해 전송선로를 감시하는 제5 단계;

호스트가 상기 인터프레임갭 구간에서 상기 특정 부호를 수신하면 상기 특정 부호의 클럭 신호에 따라 카운팅을 수행하고 카운터값을 출력하는 제6단계;

상기 카운터값에 따라 우선순위를 정하고 상기 우선순위에 따라 상기 호스트가 상기 데이터를 재전송하는 제7단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고속 이더넷의 충돌 방지 방법.