자동 협상

3. 작동 방식

패스트 이더넷 표준이 1995년에 출시되면서, 연결된 네트워크 어댑터들이 최상의 공유 작동 모드를 협상할 수 있게 하는 자동 협상 프로토콜이 도입되었다.^[5] 이 프로토콜은 내셔널 세미컨덕터의 특허 기술인 'NWay'를 기반으로 개발되었으며, 회사는 일회성 라이선스 비용으로 누구나 이 기술을 사용할 수 있도록 허용했다.^[5]

자동 협상의 초기 버전은 제조사별로 구현 방식이 달라 상호 운용성 문제를 일으켰다. 이 때문에 많은 네트워크 관리자들이 수동으로 속도와 이중 모드를 설정해야 했다. 그러나 수동 설정은 이중 모드 불일치를 유발할 수 있으며, 이는 네트워크 성능 저하의 원인이 된다. 이중 모드 불일치가 발생하면, 반이중 모드 측은 지연 충돌을, 전이중 모드 측은 FCS 오류를 보고한다.

자동 협상 사양은 1998년과 1999년에 개선되었으며, 기가비트 이더넷 표준에서는 자동 협상이 필수로 지정되었다.^[7][8][9] 현재 대부분의 네트워크 장비 제조업체는 자동 협상을 기본 설정으로 사용하도록 권장한다.^[7][8][9]

자동 협상은 서로 다른 전송 속도, 전이중 모드, 전송 표준을 지원하는 장치 간에 사용된다. 각 장치는 가능한 작동 모드를 알리고, 더 높은 속도와 전이중 모드를 우선하여 최상의 공통 모드를 선택한다.

자동 협상을 지원하지 않거나 비활성화된 장치에 연결될 경우, 병렬 감지를 통해 속도를 맞추고 반이중 모드로 통신한다.

자동 협상은 기가비트 이더넷에서 마스터-슬레이브 매개변수를 통신하는 데에도 사용된다.

예를 들어, 다음과 같은 두 장치가 연결될 경우:

• 장치 A: 10BASE-T 반이중, 100BASE-TX 반이중 지원
• 장치 B: 10BASE-T 전이중/반이중, 100BASE-TX 전이중/반이중, 1000BASE-T 전이중 지원

4. 우선 순위

자동 협상을 할 수 있는 장치는 여러 전송 속도, 전이중 모드(반이중 및 전이중), 그리고 동일한 속도에서 다른 전송 표준을 지원할 때, 각 장치는 가능한 작동 모드인 '기술적 능력'을 알린다. 더 높은 속도를 우선하고, 동일한 속도에서는 전이중을 반이중보다 우선하여 최상의 공통 모드를 선택한다.

자동 협상을 할 수 없는 장치에 연결된 경우에는 병렬 감지가 사용된다. 이 경우, 자동 협상을 할 수 있는 장치는 속도를 결정하여 다른 장치와 맞출 수 있지만, 이중 기능은 결정할 수 없어 항상 반이중으로 가정한다.

두 장치가 서로 상대 장치의 지원 기능을 수신하면, 양쪽에서 공통으로 지원하는 기능 중에서 최상의 규격을 결정한다. 802.3의 2018년판이 규정하는 트위스트 페어 규격의 우선순위는 다음과 같으며^[29], 장치가 공통으로 지원하는 것 중 이 목록 상위에 있는 통신 속도가 적용된다.

• 40GBASE-T 전이중
• 25GBASE-T 전이중
• 10GBASE-T 전이중
• 5GBASE-T 전이중
• 2.5GBASE-T 전이중
• 1000BASE-T 전이중
• 1000BASE-T 반이중
• 100BASE-T2 전이중
• 100BASE-TX 전이중
• 100BASE-T2 반이중
• 100BASE-T4 반이중
• 100BASE-TX 반이중
• 10BASE-T 전이중
• 10BASE-T 반이중

• 장치 A 대응 규격: 10BASE-T 반이중, 100BASE-TX 반이중
• 장치 B 대응 규격: 10BASE-T 전이중・반이중, 100BASE-TX 전이중・반이중, 1000BASE-T 전이중

5. 전기적 신호

자동 협상은 10BASE-T 장치에서 연결 감지에 사용되는 펄스와 유사한 펄스를 기반으로 한다. 이러한 ''링크 무결성 테스트''(LIT) 펄스는 이더넷 장치가 프레임을 보내거나 받지 않을 때 전송된다. 이 펄스는 공칭 지속 시간이 이고 최대 펄스 폭이 인 단극 양극성 전기 펄스이며,^[14] 의 시간 간격으로 생성되며 시간 변동 허용 오차는 이다. 장치는 50-150 ms 동안 프레임이나 두 개의 LIT 펄스를 수신하지 못하면 링크 오류를 감지한다. 자동 협상 사양에서 이러한 펄스를 '''정상 링크 펄스'''(NLP)라고 한다.

5. 1. 기본 링크 코드 워드 (Base Link Code Word)

• 0–4: 선택 필드 - IEEE 802.3 또는 IEEE 802.9 중 어떤 표준이 사용되는지 나타낸다.
• 5–12: 기술 능력 필드 - 10BASE-T 및 100BASE-TX 모드 간의 가능한 작동 모드를 나타낸다(아래 표 참조).
• 13: 원격 오류 - 장치가 링크 오류를 감지하면 1로 설정된다.
• 14: 확인 응답(ACK) - 상대 장치로부터 기본 링크 코드 워드를 3회 이상 정확하게 수신하면 1로 설정된다.
• 15: 다음 페이지 - 기본 링크 코드 워드 이후에 추가적인 링크 코드 워드를 보낼지 여부를 나타낸다.

• 비트 0: 10BASE-T 지원
• 비트 1: 10BASE-T 전이중 지원
• 비트 2: 100BASE-TX 지원
• 비트 3: 100BASE-TX 전이중 지원
• 비트 4: 100BASE-T4 지원
• 비트 5: 일시 중지 프레임 지원
• 비트 6: 전이중에 대한 비대칭 일시 중지 지원
• 비트 7: 예약됨

비트 10에 해당하는 PAUSE 설정에서는, 양쪽이 1일 경우에만 양방향으로 PAUSE를 송수신한다. 또한, 양쪽에서 비트 10・11의 값이 0・1과 1・1의 조합이 된 경우, 전자는 PAUSE 전송만, 후자는 수신만 한다.^[37]

비트 14에 해당하는 확인 응답은, 상대의 베이스 페이지를 올바르게 수신했음을 알리기 위해 사용한다. 상대의 베이스 페이지를 같은 내용으로 최소 3회 수신했을 때 1을 나타내며, 이후 이 비트를 1로 유지한 채 베이스 페이지를 6~8회 전송한다.^[38]

비트 12・15에 해당하는 추가 페이지 있음 비트는, 추가 페이지를 전송하려고 할 때 1로 설정된다. 베이스 페이지의 이 비트가 1이 된 것을 양쪽의 기기가 수신했을 경우에만, 이후의 추가 페이지가 전송된다.

5. 2. 추가 페이지 (Message and Unformatted Next Page)

• 반이중 기능
• 장치가 단일 포트인지 다중 포트인지 여부
• 마스터/슬레이브가 수동으로 구성되었는지 여부
• 장치가 수동으로 마스터 또는 슬레이브로 구성되었는지 여부

• 메시지 페이지(message page): 16비트
• 자유 서식 페이지(unformatted page): 16비트
• 메시지 페이지 확장 버전(extended message page): 48비트
• 자유 서식 페이지 확장 버전(extended unformatted page): 48비트

예를 들어, 1000BASE-T의 경우에는 다음과 같이 총 4페이지가 사용된다. 기본 페이지, 메시지 페이지를 전송한 후 자유 서식 페이지를 2페이지 분량 전송하는 방식이 규정되어 있다.

1Gbps를 초과하는 규격 지원의 예로, 다음과 같이 48비트 확장 버전의 추가 페이지를 사용한다.

6. 이중화 불일치 (Duplex Mismatch)

패스트 이더넷 표준이 1995년에 출시되면서, 연결된 네트워크 어댑터들이 최상의 작동 모드를 협상할 수 있게 되었다. IEEE 802.3 조항 28에 포함된 자동 협상 프로토콜은 내셔널 세미컨덕터의 특허 기술인 '''NWay'''에서 개발되었다.^[5]

1995년 IEEE 802.3u 패스트 이더넷 표준의 자동 협상 초기 버전은 제조사별로 구현이 달라 상호 운용성 문제를 일으켰다. 이 때문에 많은 네트워크 관리자들이 각 네트워크 인터페이스의 속도와 이중 모드를 수동으로 설정해야 했다. 그러나 수동 구성은 이중 모드 불일치를 유발할 수 있는데, 이는 네트워크가 정상 작동하는 것처럼 보여 진단하기 어려울 수 있다. ping 같은 간단한 네트워크 테스트는 유효한 연결을 보고할 수 있지만, 실제로는 이중 모드 불일치로 인한 전송 중단 및 이더넷 프레임 손실로 인해 네트워크 성능이 크게 저하될 수 있다. 이중 모드 불일치가 발생하면 반이중 모드 측은 지연 충돌을, 전이중 모드 측은 FCS 오류를 보고한다.

자동 협상 사양은 1998년에 개선되었고, 1999년 1000BASE-T에 대한 필수 자동 협상을 지정하는 IEEE 802.3ab 기가비트 이더넷 표준이 출시되었다. 현재 대부분의 네트워크 장비 제조업체는 모든 액세스 포트에서 자동 협상을 사용하고 공장 기본 설정으로 활성화하는 것을 권장한다.^[7][8][9]

이중화 불일치는 연결된 두 장치가 서로 다른 이중화 모드로 구성될 때 발생한다. 예를 들어 한 장치는 자동 협상으로, 다른 장치는 전이중 모드로 고정된 경우이다. 이 경우 자동 협상 장치는 속도는 올바르게 감지하지만 이중화 모드는 잘못 감지하여 반이중 모드로 설정된다.

한 장치가 전이중, 다른 장치가 반이중으로 작동하면 연결은 매우 낮은 처리량에서만 안정적으로 작동한다. 전이중 장치는 데이터를 수신하면서 동시에 전송할 수 있지만, 반이중 장치는 전송 중 데이터를 수신하면 충돌을 감지하고 전송을 중단한다. 전이중 장치는 중단된 전송에 대해 FCS 오류를 보고한다. 반이중 쪽에서 보고된 지연 충돌과 전이중 쪽에서 보고된 FCS 오류의 조합은 이중화 불일치가 있음을 나타낸다.

가정용 및 업무용 네트워크 장비는 대부분 자동 협상을 지원하고 기본적으로 활성화되어 있다.^[18][19] 그러나 자동 협상은 잘못된 사용이나 부주의한 해제로 인해 네트워크 장애의 원인이 될 수 있다.

다음과 같은 경우 문제가 발생한다.

• 장비 A: 자동 협상 설정
• 장비 B: 10BASE-T 또는 100BASE-TX의 전이중 모드로 고정

7. 운용 상의 주의

가정용 및 업무용 네트워크 장비의 상당수는 자동 협상에 대응하며, 기본적으로 활성화되어 있다.^[18][19] 저가형 장비는 자동 협상을 해제하고 통신 모드를 수동으로 설정할 수 없는 경우가 많다. 따라서 자동 협상을 의식하지 않고 사용하는 사용자가 많다. 그러나 자동 협상은 잘못된 사용법이나 부주의한 해제로 인해 네트워크 장애의 원인이 될 수 있다.

다음과 같은 두 장비를 직접 연결하는 경우 문제가 발생한다.

• 장비 A: 자동 협상 설정
• 장비 B: 10BASE-T 또는 100BASE-TX의 전이중 모드로 고정 동작하는 것

8. 특허

1995년 패스트 이더넷 표준이 출시되면서, 연결된 네트워크 어댑터들이 최상의 작동 모드를 협상할 수 있도록 자동 협상 프로토콜이 포함되었다. 이 프로토콜은 IEEE 802.3 조항 28에 포함되었으며, 내셔널 세미컨덕터의 특허 기술인 'NWay'를 기반으로 개발되었다.^[5] 내셔널 세미컨덕터는 일회성 라이선스 비용으로 누구나 이 기술을 사용할 수 있도록 했다.^[5] 이후 다른 회사들이 해당 특허 권리를 인수했다.^[6]

자동 협상은 다음 특허들에 의해 보호된다.

9. 기타 전송 매체

자동 협상은 LAN 케이블 연결 외의 규격에도 사용되는 경우가 있다. 1000BASE-X의 각종 광섬유 규격에 옵션으로 구현되어 있으며, 백플레인, 다이렉트 어태치 케이블등에도 사용된다.

차분 맨체스터 부호에 의해 반이중으로 48비트의 기본 페이지를 주고받는다.^[46] 신호 속도는 두 종류가 있다.^[47]

• 고속 모드: 16+2/3 Mbps (60나노초/bit)
• 저속 모드: 625 kbps (1.6마이크로초/bit, 10BASE-T1L용)

9. 1. 광섬유

9. 2. 백플레인, 다이렉트 어태치 케이블

9. 3. 싱글 페어 케이블

• 고속 모드: 16.667Mbit/s (60나노초/bit)
• 저속 모드: 625kbit/s (1.6마이크로초/bit, 10BASE-T1L용)

참조

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_[2] 서적 Administering Data Centers Servers, Storage, and Voice over IP. John Wiley & Sons 2005
_[3] 서적 Switched network services Wiley Computer Pub. 1998
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_[5] 웹사이트 Archived copy http://www.negotiate[...] 2009-12-02
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_[16] 문서 IEEE 802.3 Clause 98
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_[28] 문서 IEEE 802.3-2018, Clause 126.1.2 Relationship of 2.5GBASE-T and 5GBASE-T to other standards
_[29] 문서 IEEE 802.3-2018, Annex 28B
_[30] 웹사이트 IEEE Link Task Force Autodetect, Specification for NWay Autodetect http://www.negotiate[...]
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_[36] 문서 IEEE 802.3-2018, Table 28B–1, Technology Ability Field bit assignments
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_[39] 문서 IEEE 802.3-2018, Clause 28.2.3.4, Next Page function
_[40] 문서 IEEE 802.3-2018, Table 40-4, 1000BASE-T Base and Next Pages bit assignments
_[41] 문서 IEEE 802.3-2018, Table 126–16, 2.5GBASE-T and 5GBASE-T Base and Next Pages bit assignments
_[42] 문서 IEEE 802.3-2018, Table 36–3, Defined ordered sets
_[43] 문서 IEEE 802.3-2018, Clause 37.2.1.1 Base Page to management register mapping
_[44] 문서 IEEE 802.3-2018, Clause 73
_[45] 문서 IEEE 802.3-2018, Table 73–4, Technology Ability Field encoding
_[46] 문서 IEEE 802.3-2018, Clause 98
_[47] 문서 IEEE 802.3-2022, Table 98–1, DME page timing summary
_[48] 문서 IEEE 802.3-2022, Annex 98B
_[49] 인용 IEEE 802.3 https://ieeexplore.i[...]
_[50] 서적 Administering Data Centers Servers, Storage, and Voice over IP. John Wiley & Sons 2005
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_[52] 웹인용 Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) access method and Physical Layer specifications http://standards.iee[...] SECTION TWO: This section includes Clause21 through Clause 33 and Annex 22A through Annex 33E. 2014-06-03