자동 협상

Autonegotiation

자동 네고시에이션은 연결된 두 장치가 속도, 듀플렉스 모드 및 흐름 제어와 같은 공통 전송 파라미터를 선택하는 트위스트 페어 위의 이더넷에서 사용되는 시그널링 메커니즘 및 절차입니다. 이 과정에서 연결된 장치는 먼저 이러한 매개 변수에 대한 기능을 공유한 다음 둘 다 지원하는 최고 성능의 전송 모드를 선택합니다.

자동 협상은 IEEE 802.3의 조항 [1]28에 정의되어 있으며 원래 패스트 이더넷 표준에서 선택적인 구성 요소였습니다.[2] 10BASE-T에서 사용하는 일반 링크 펄스(NLP)와 역 호환됩니다.[3] 이 프로토콜은 기가비트 이더넷 표준에서 상당히 확장되었으며 1000BASE-T 기가비트 이더넷 over twisted pair에 대해 필수입니다.[4]

OSI 모델에서 자동 네고시에이션은 물리 계층에 존재합니다.

표준화 및 상호운용성

1995년, 패스트 이더넷 표준이 출시되었습니다. 이것은 동일한 와이어에 대한 새로운 속도 옵션을 도입했기 때문에, 연결된 네트워크 어댑터가 가능한 최상의 공유 동작 모드를 협상할 수 있는 수단을 포함했습니다. IEEE 802.3 조항 28에 포함된 자동 협상 프로토콜은 NWay로 알려진 National Semiconductor의 특허 기술로부터 개발되었습니다. 회사는 누구나 1회 사용료로 시스템을 사용할 수 있도록 보증서를 주었습니다.[5] 그 후 다른 회사가 그 특허에 대한 권리를 구입했습니다.[6]

1995년 IEEE 802.3u 패스트 이더넷 표준의 첫 번째 버전인 자동 협상 규격은 서로 다른 제조업체에 의해 구현되어 상호 운용성 문제를 야기했습니다. 이러한 문제로 인해 많은 네트워크 관리자가 각 네트워크 인터페이스의 속도 및 이중 모드를 수동으로 설정했습니다. 그러나 수동으로 설정한 구성을 사용하면 듀플렉스 불일치가 발생할 수도 있습니다. 이중 불일치는 네트워크가 정상적으로 작동하기 때문에 진단하기가 어렵습니다. ping과 같은 네트워크 테스트에 사용되는 간단한 프로그램은 유효한 연결을 보고합니다. 그러나 네트워크 성능은 상당한 영향을 받습니다.

자동 협상 규격은 1998년 IEEE 802.3 릴리스에서 개선되었습니다. 그 후 1999년에 IEEE 802.3ab 기가비트 이더넷 표준이 발표되었고, 이 표준은 1000BASE-T에 대한 필수 자동 협상을 명시했습니다. 또한 1000BASE-TX 및 10GBASE-T 구현 시 자동 협상이 필수입니다. 현재 대부분의 네트워크 장비 제조업체에서는 모든 액세스 포트에서 자동 협상을 사용하고 공장 기본 설정으로 사용할 것을 권장하고 있습니다.[7][8][9]

기능.

자동 네고시에이션은 동일한 속도에서 하나 이상의 전송 속도, 다른 듀플렉스 모드(반이중 및 전이중) 및 다른 전송 표준(실제로 각 속도에서 하나의 표준만 광범위하게 지원됨)이 가능한 장치에서 사용할 수 있습니다.

자동 협상 중에 각 장치는 기술 능력, 즉 가능한 작동 모드를 선언합니다. 최고의 공통 모드가 선택되며, 낮은 속도보다 빠른 속도를 선호하고 동일한 속도의 하프 듀플렉스보다 전이중을 선호합니다.

병렬 검출은 자동 네고시에이션이 가능한 장치가 그렇지 않은 장치에 연결된 경우에 사용됩니다. 장치에서 자동 네고시에이션을 지원하지 않거나 장치에서 자동 네고시에이션이 비활성화된 경우 이 문제가 발생합니다. 이 상태에서 자동 협상이 가능한 장치는 다른 장치와 속도를 결정하고 일치시킬 수 있습니다. 이 절차에서는 듀플렉스 성능을 확인할 수 없으므로 항상 반 듀플렉스가 가정됩니다.

속도 및 듀플렉스 모드 이외에 자동 네고시에이션은 기가비트 이더넷의 마스터-슬레이브 파라미터를 통신하는 데 사용됩니다.[10][11]

우선 순위.

다른 장치의 기술 능력을 받으면 두 장치 모두에서 지원하는 최상의 작동 모드를 결정합니다. 두 장치가 모두 지원하는 모드 중에서 각 장치는 우선 순위가 가장 높은 모드를 선택합니다. 모드 간 우선순위는 다음과 같습니다.[12][13]

  1. 40GBASE-T 전이중
  2. 25GBASE-T 전이중
  3. 10GBASE-T 전이중
  4. 5GBASE-T 전이중
  5. 2.5GBASE-T 전이중
  6. 1000BASE-T 전이중
  7. 1000BASE-T 반이중
  8. 100BASE-T2 전이중
  9. 100BASE-TX 전이중
  10. 100BASE-T2 반이중
  11. 100BASE-T4 반이중
  12. 100BASE-TX 반이중
  13. 10BASE-T 전이중
  14. 10BASE-T 반이중

전기신호

10BASE-T 장치에서 링크 무결성을 설정하는 데 사용되는 정상 링크 펄스 시퀀스입니다.

자동 네고시에이션은 10BASE-T 장치가 다른 장치에 대한 연결의 존재를 감지하기 위해 사용하는 펄스와 유사한 펄스를 기반으로 합니다. 이러한 링크 무결성 테스트(LIT) 펄스는 이더넷 장치가 프레임을 전송하거나 수신하지 않을 때 전송됩니다. 이 펄스는 공칭 지속 시간이 100ns이고 최대 펄스 폭이 200ns이며 타이밍 변동 공차가 8ms인 16ms 시간 간격으로 생성된 [14]단극성 양전류 전용 전기 펄스입니다. 장치는 50-150 ms 동안 프레임 또는 두 개의 LIT 펄스가 수신되지 않으면 링크의 고장을 감지합니다. 이 방식이 작동하려면 장치가 수신에 관계없이 LIT 펄스를 전송해야 합니다. 자동 네고시에이션 사양에서 이러한 펄스를 정상 링크 펄스(NLP)라고 합니다.

자동 협상 장치가 기능을 선언하는 데 사용되는 빠른 링크 펄스의 세 번 버스트입니다.

자동 네고시에이션에 의해 사용되는 NLP는 여전히 단극성, 포지티브 전용이며 100ns의 공칭 지속 시간을 갖지만 각 LIT는 125μs 간격으로 전송되는 17~33개의 펄스로 구성된 펄스 버스트로 대체됩니다. 각 펄스 버스트를 FLP(Fast Link Pulse) 버스트라고 합니다. 각 FLP 버스트의 시작 사이의 시간 간격은 NLP 사이와 동일한 16ms입니다.

고속 링크 펄스 버스트에서 링크 코드 워드(16비트 워드)가 인코딩되는 방법

FLP 버스트는 125μs 시간 간격으로 17개의 NLP로 구성되며 14μs의 허용 오차가 있습니다. 연속적인 2개의 NLP들의 각각의 쌍 사이(즉, 펄스 쌍의 첫 번째 NLP 이후 62.5 μs에서)에 추가적인 포지티브 펄스가 존재할 수 있습니다. 이 추가 펄스가 있으면 논리적 1, 논리적 0이 없음을 나타냅니다. 따라서 모든 FLP에는 16비트 데이터 워드가 포함됩니다. 이 데이터 워드를 링크 코드 워드(LCW)라고 합니다. LCW의 비트는 0부터 15까지 번호가 매겨집니다. 여기서 비트 0은 시간적으로 가능한 첫 번째 펄스에 해당하고 비트 15는 마지막 펄스에 해당합니다.

기본링크코드워드

모든 빠른 링크 펄스 버스트는 링크 코드 워드로 알려진 16비트의 데이터를 전송합니다. 이러한 첫 번째 단어는 기본 링크 코드 워드로 알려져 있으며 비트는 다음과 같이 사용됩니다.

  • 0–4: selector 필드 – IEEE 802.3과 IEEE 802.9 사이에 사용되는 표준을 나타냅니다.
  • 5–12: 기술 능력 필드 – 100BASE-T 및 10BASE-T 모드 중에서 가능한 동작 모드를 인코딩하는 일련의 비트(아래 참조)
  • 13: 원격 고장 – 장치가 링크 고장을 감지할 때 1로 설정됩니다.
  • 14: 확인 – 장치는 기본 링크 코드 워드가 상대방으로부터 올바르게 수신되었음을 나타내기 위해 이를 1로 설정합니다. 이는 최소 3개의 동일한 기본 코드 워드의 수신으로 감지됩니다. 이 세 개의 동일한 사본을 수신하면 장치는 확인 비트가 1로 설정된 링크 코드 워드를 6회에서 8회까지 전송합니다.
  • 15: next page – 기본 링크 코드워드 뒤에 다른 링크 코드워드를 보내려는 의도를 나타내는 데 사용됩니다.

기술 능력 분야는 8비트로 구성되어 있습니다. IEEE 802.3의 경우 다음과 같습니다.

  • 비트 0: 장치에서 10BASE-T 지원
  • 비트 1: 장치는 전이중 10BASE-T 지원
  • 비트 2: 장치에서 100BASE-TX 지원
  • 비트 3: 장치는 전이중에서 100BASE-TX를 지원합니다.
  • 비트 4: 장치에서 100BASE-T4 지원
  • 비트 5: 장치가 일시 중지 프레임을 지원합니다.
  • 비트 6: 장치는 전이중을 위한 비대칭 일시정지를 지원합니다.
  • 비트 7: 예약됨

링크 코드 단어는 페이지라고도 합니다. 따라서 기본 링크 코드 워드를 기본 페이지라고 합니다. 기본 페이지의 다음 페이지 비트는 장치가 다른 페이지를 전송하려고 할 때 1이며, 이는 다른 능력을 통신하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 추가 페이지는 두 장치 모두 다음 페이지 비트가 1로 설정된 기본 페이지를 전송한 경우에만 전송됩니다. 추가 페이지는 여전히 링크 코드 워드로 인코딩됩니다(17개의 클럭 펄스 및 최대 16비트 펄스 사용).

메시지 및 포맷되지 않은 다음 페이지

기본 페이지는 장치가 10BASE-T, 100BASE-TX 및 100BASE-T4 모드 중 지원하는 모드를 광고하기에 충분합니다. 기가비트 이더넷의 경우 다른 두 페이지가 필요합니다. 두 장치 모두 다음 페이지 비트가 1로 설정된 기본 페이지를 보낸 경우 이 페이지가 전송됩니다.

추가 페이지는 메시지 페이지와 포맷되지 않은 페이지의 두 가지 종류입니다. 이 페이지는 여전히 기본 페이지와 동일한 방식으로 펄스로 인코딩된 16비트 워드입니다. 그들의 첫 11비트는 데이터이고 두 번째에서 마지막 비트는 페이지가 메시지 페이지인지 아니면 포맷되지 않은 페이지인지를 나타냅니다. 각 페이지의 마지막 비트는 추가 페이지가 있음을 나타냅니다.[15]

1000BASE-T 지원 모드 및 마스터-슬레이브 데이터(두 장치 중 어느 것이 마스터로 동작하고 어느 것이 슬레이브로 동작하는지 결정하는 데 사용됨)는 단일 메시지 페이지를 사용하여 전송되며, 그 다음에는 형식화되지 않은 단일 페이지가 표시됩니다. 메시지 페이지에는 다음 내용이 포함됩니다.

  • 반이중 기능
  • 장치가 단일 포트인지 다중 포트인지 여부
  • 마스터/slave가 수동으로 구성되어 있는지 여부
  • 장치가 수동으로 마스터 또는 슬레이브로 구성되어 있는지 여부

포맷되지 않은 페이지에는 마스터-슬레이브 시드 값이라고 하는 10비트 워드가 포함되어 있습니다.

듀플렉스 불일치

주 기사: 듀플렉스 불일치

이중 불일치는 연결된 두 장치가 서로 다른 이중 모드로 구성된 경우 발생합니다. 예를 들어, 한 쪽이 자동 네고시에이션을 위해 구성되어 있는 반면 다른 한 쪽은 전이중(자동 네고시에이션 없음)인 고정된 동작 모드를 갖는 경우 이러한 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 조건에서 자동 협상 장치는 작동 속도는 정확하게 감지하지만 듀플렉스 모드는 정확하게 감지할 수 없습니다. 결과적으로 정확한 속도를 설정하지만 반이중 모드를 가정합니다.

장치가 전이중으로 작동하는 반면 다른 장치가 반이중으로 작동하는 경우 연결은 매우 낮은 처리량에서만 안정적으로 작동합니다. 전이중 장치는 수신 중에 데이터를 전송할 수 있습니다. 그러나 반이중 장치가 전송 중에 데이터를 수신하면 충돌을 감지하여 전송을 중단한 후 프레임 재전송을 시도합니다. 전이중 장치는 중단된 전송에 대해 FCS(Frame Check Sequence) 오류를 보고합니다. 타이밍에 따라 반이중 장치는 지연 충돌을 감지할 수 있으며 CSMA/CD의 정상적인 결과가 아닌 하드 오류로 해석되며 프레임을 재전송하려고 시도하지 않을 수 있습니다. 전이중 장치는 충돌을 감지하지 않으며 프레임이 오류 없이 수신되었다고 가정합니다. 반이중단에서 보고된 (늦은) 충돌과 전이중단에서 보고된 FCS 오류의 조합은 이중 불일치가 있음을 나타냅니다.

특허

자동 협상은 미국 특허 5,617,418, 미국 특허 5,687,174, 미국 특허 RE39,405 E, 미국 특허 RE39,116 E, 미국출원 제971018호(1992-11-02호), 미국출원 제146729호(1993-11-01호), 미국출원 제430143호(1995-04-26호),[6]: 6 유럽특허출원 SN 93308568.0호(DE, FR, GB, IT, NL), 한국특허 제286791호, 대만특허 제098359호, 일본특허 제3705610호, 일본특허 제4234호 출원 SN H5-274147; 한국 특허 출원 SN 22995/93; 대만 특허 출원 SN 83104531

단일쌍 이더넷을 위한 자동 협상

단일 쌍 이더넷은 그 특성상 자동 협상(Auto-Negotiation)의 선택적 변형이 있습니다. DME(Differential-Manchester Encoding) 페이지를 사용하여 반이중 방식으로 기능을 협상합니다. 10/5/2.5라는 두 가지 다른 신호 속도가 사용됩니다.GBASE-T1, 1000BASE-T1, 100BASE-T1 및 10BASE-T1S는 16.667 Mbit/s의 고속 모드(HSM) 및 625 kbit/s의 저속 모드(LSM)를 지원하며, 10BASE-T1L은 LSM 및 옵션 HSM을 지원합니다.[16]

네고시에이트된 모드의 선택 우선순위는 다음과 같습니다.[17]

  1. 10GBASE-T1
  2. 5GBASE-T1
  3. 2.5GBASE-T1
  4. 1000BASE-T1
  5. 100BASE-T1
  6. 10BASE-T1S 전이중
  7. 10BASE-T1S 반이중
  8. 10BASE-T1L

참고 항목

  • Auto MDI-X(자동 MDI-X)를 통해 직관적 또는 교차 케이블 연결을 자동으로 구성

참고문헌

  1. ^ "Clause 28: Physical Layer link signaling for Auto-Negotiation on twisted pair", IEEE Standard for Ethernet, p. 278, doi:10.1109/IEEESTD.2018.8457469, ISBN 978-1-5044-5090-4
  2. ^ Jayaswal, Kailash (2005). Administering Data Centers Servers, Storage, and Voice over IP. Hoboken: John Wiley & Sons. p. 168. ISBN 0471783358.
  3. ^ Schmidt, Daniel Minoli, Andrew (1998). Switched network services. New York: Wiley Computer Pub. p. 93. ISBN 0471190802.{{cite book}}: CS1 maint: 다중 이름: 저자 목록 (링크)
  4. ^ IEEE. "Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) access method and Physical Layer specifications" (PDF). SECTION TWO: This section includes Clause21 through Clause 33 and Annex 22A through Annex 33E. Retrieved 2014-06-03.
  5. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-11-19. Retrieved 2009-12-02.{{cite web}}: CS1 유지관리: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  6. ^ a b Negotiated Data Solutions LLC. "NWay/IEEE Standard Patent License Offer Negotiated Data Solutions LLC". Negotiateddata.com. Archived from the original on 2009-01-06. Retrieved 2010-02-02.
  7. ^ "Configuring and Troubleshooting Ethernet 10/100/1000Mb Half/Full Duplex Auto-Negotiation". Cisco. Retrieved 2012-01-12. Cisco recommends to leave auto-negotiation on for those devices compliant with 802.3u.
  8. ^ Jim Eggers and Steve Hodnett (July 2004). "Ethernet Autonegotiation Best Practices" (PDF). Sun Microsystems. Archived from the original (PDF) on 2011-05-20. Using autonegotiation is the IEEE 802.3 standard and customers are encouraged to follow the "intent" of IEEE 802.3u/z standards and implement autonegotiation in their Ethernet environments.
  9. ^ Rich Hernandez (2001). "Gigabit Ethernet Auto-Negotiation". Dell. Retrieved 2012-01-12.
  10. ^ "Auto-Negotiation; 802.3-2002" (PDF). IEEE Standards Interpretations. IEEE. Retrieved November 5, 2007.
  11. ^ DP83865 datasheet (PDF), p. 29, retrieved 2023-05-19
  12. ^ IEEE 802.3-2018 Annex 28B
  13. ^ "Port speed and duplex mode configuration". docs.ruckuswireless.com. Retrieved 2020-09-25.
  14. ^ "IEEE Link Task Force Autodetect, Specification for NWay Autodetect" (PDF). p. 57. Archived from the original (PDF) on 2011-07-14.
  15. ^ IEEE 802.3 조항 28.2.1.2.6 다음 페이지
  16. ^ IEEE 802.3 조항 98
  17. ^ IEEE 802.3 Annex 98B

외부 링크