무선 LAN

• 개요
  • 무선 LAN은 케이블의 연결 없이 LAN 환경을 구현하는 기술로 케이블과 허브의 연결 없이 무선 주파수(RF; Radio Frequency)를 이용해 데이터를 주고받을 수 있는 액세스 포인트를 이용
  • 무선 LAN의 표준은 IEEE 802.11과 HIPERLAN이 있음
       
• IEEE 802.11
  • IEEE 802.11 표준안은 제한된 지역 내에서 휴대 또는 이동 가능한 단말과의 무선 접속기술, 즉 물리계층에 관한 기술과 여러 사용자가 제한된 주파수 대역을 공유할 수 있게 하는 다중 접속 방식(MAC; Multiple Access Control)에 대해 기술
  • IEEE 802.11 망 구성은 인프라(Infrastructure) 망과 ad-hoc 망을 모두 지원
  • 인프라 망은 유.무선 연결 장치인 AP를 통해 무선 단말을 이더넷과 같은 기존의 유선 LAN에 연결
  • AP를 중심으로 무선 셀 BSS(Basic Service Set)가 형성되는데, AP는 BSS내에 있는 모든 단말들을 LAN에 무선 연결하는 일종의 기지국 역할을 함
  • ESS(Extended Service Set) 영역 내에는 여러 개의 BSS가 포함되어 있는데, 동일 ESS 내의 서로 다른 BSS 간에는 로밍에 의해 단말의 이동이 가능
  • Ad-hoc 망은 동일 BSS 내에 있는 단말들까지 직접 교신하는 구조
  • IEEE 802.11 표준에서는 무선 LAN의 물리계층 구현을 위해 3가지 방식, 즉 대역 확산 기술을 이용하는 DSSS및 FHSS방식과 적외선을 이용하는 IrDA 방식이 제안되었으며, FHSS방식과 DSSS방식은 2.4GHz ISM 주파수 밴드를 이용
       
• IEEE 802.11과 OSI 모델의 관계
  • IEEE 802 계열의 기술은 일련의 LAN 기술 집합에 대한 사양
  • 모든 IEEE 802 네트워크는 MAC과 PHY 구성 요소를 가지며, MAC은 매체에 접근하고 데이터를 전송하는 방법을 결정하는 규칙의 집합을 의미하고, PHY는 전송과 수신에 대한 구체적인 방법을 의미
  • IEEE 802 계열의 사양은 두 번째 숫자에 의해서 구별
    
  • PHY는 MAC 프레임을 매체에 대응시키는 기능을 수행하는 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure)와 프레임을 전송하는 PMD(Physical Medium Dependent)로 구성되며, PLCP는 MAC와 PHY의 경계에 걸쳐 있으며, 여러 개의 필드를 추가하는 기능을 가짐
       
• IEEE 802.11 MAC이 해결해야 할 문제
  • RF 링크 품질
    • IEEE 802.11은 무선 링크를 이용해 전송하므로 다른 RF 소스로 부터 전자기파 방사를 피해 동작해야 하며 다중 경로 페이딩, 수신이 어려운 장소로 이동 시 전송이 불가능한 상황이 가능
    • IEEE 802.11에서 전송된 모든 프레임은 ACK를 받게 되어 있으며, 전송 중 한 부분이라도 소실된다면 해당 프레임은 잃어버린 것으로 간주
  • 숨겨진 노드 문제
    • 멀리 떨어진 노드가 동시에 전송하는 경우 출동이 발생하므로, 이를 해결하기 위해 RTS(Request To Send)/CTS(Clear To Send) 클리어링 절차를 이용
      
    • 전송할 프레임을 가지고 있는 노드 1은 RTS를 보내고, 목표 스테이션이 아닌 다른 모든 스테이션은 전파 발생을 정지
    • 목표 스테이션은 RTS 수신 시 CTS로 수신한 다른 모든 스테이션은 모두 전파 발생을 정지
    • RTS/CTS 교환이 완료되면 노드 1은 숨겨져 있는 노드에 대한 우려 없이 프레임 전송 가능
    • 프레임을 수신한 목표 스테이션은 ACK로 응답
    • RTS/CTS 전송 절차는 전송 전에 추가적인 잠재 기간이 필요하고, 상당 부분의 데이터 전송 용량을 소비하므로, 전송 중 현저하게 경쟁이 존재하는 경우에만 사용
         
• CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)
  • 충돌 회피
    • CSMA/CD에서는 충돌이 발생한 후 처리하는 것과는 달리, CSMA/CA는 충돌이 발생 하기 전에 방지하는 알고리즘
      • CSMA/CD[IEEE 802.3 표준]
        • 이더넷에 접속되어 있는 장치들은 전송하기 전에 네트워크가 사용 중인지 감시하고 있다가 네트워크가 비어 있을때 데이터를 전송
        • 만약 데이터를 전송하는 시점에 충돌이 발생하게 되면 충돌한 데이터들은 버려지고, 데이터를 전송한 장치들에게 재전송을 요구
    • 장치들은 항상 네트워크의 반송파를 감지하고 있다가 네트워크가 비어 있을 때 목록에 등재된 자신의위치에 따라 정해진 만큼의 시간을 기다렸다가 데이터를 보냄(즉, 충돌을 사전에 예방함)
    • 목록 내에서 장치들 간의 우선 순위를 정하고, 이를 재설정하는 데에는 여러 가지 방법들을 사용
  • 동작 순서
    
    • 송신측은 먼저 RTS를 보내고, 다른 스테이션의 매체 접근을 막기 위해 RTS에 NAV(Network Allocation Vector)를 설정하므로 모든 스테이션은 NAV가 '0'이 될 때 까지 매체로의 접근을 연기
    • 수신측은 SIFS(Short Inter Frame Space)만큼 기다린 후 CTS를 보내고, 또 다른 스테이션이 NAV(RTS)를 못 받았을 수도 있으므로 NAV(CTS)로 응답
    • 송신측은 SIFS 만큼 기다린 후 데이터를 보내고, 수신측은 SIFS만큼 기다린 후 ACK를 보냄
    • 이러한 시퀀스가 완료된 후 DIFS(Distributed Inter Frame Space)가 지나면 어떤 스테이션이라도 매체 사용이 가능
         
• 프레임 간 간격
  • IEEE 802.11 MAC은 필수 기능인 DCF(Distributed Coordination Function)와 선택 기능인 PCF(Point Coordination Function)를 정의(즉, 전송 매체는 경쟁(Contention) 모드인 DCF와 비경쟁(Contention Free)모드인 PCF 모두에서 동작할 수 있음)
  • IEEE 802.11 MAC에서는 스테이션이 매체가 유휴 상태임을 감지한 후에 다음 동작까지 기다려야 할 최소한의 시간을 정의하기 위해 IFS(Inter Frame Space)를 사용하며, IFS에 의해 여러 종류의 우선 순위를 제공하는데, IFS 값이 작을 수록 높은 우선 순위를 둠

구분	표준화 목표	현황
802.11 a	기존의 802.11 규격을 확장 U-NII의 5GHz 대역에서 6 ~ 54Mbps 전송 속도를 지원 휴대 및 이동성을 지원	1999년 7월 OFDM 방식의 물리계층의 포준화 확정 ETSI BRAN, MMAC 등에서 유사한 표준안을 추진
802.11 b	기존의 802.11 규격 기반 2.4GHz 대역에서 11Mbps급으로 전송 속도를 고속화	1999년 7월 표준화 확정 Alantro, Lucent사 등에서 추진
802.11 d	새로운 requlatory domains(countries)에서의 동작을 위해 물리 계층 요구사항을 재정	표준 승인 예정
802.11 e	QoS 요구사항을 고려한 MAC 계층 강화	제안서 검토 중
802.11 f	Inter AP간의 프로토콜	제안서 검토 중
802.11 g	2.4GHz에서 최고 54Mbps의 속도 OFDM/PBCC 방식	OFDM Mandatory
802.11 h	DFS 및 TPC 제인	제안서 접수 중
802.11 i	보안 강화	제안서 접수 중
802.11 n	최고 속도 600Mbps	현재 200Mbps 수준

▶ IEEE 802.x 종류

   

구분	속도	주파수 대역	변조 방식
802.11 a	54Mbps	5GHz	OFDM
802.11 b	5.5Mbps 또는 11Mbps	2.4GHz	DSSS/CCK
802.11 g	54Mbps	2.4GHz	OFDM/PBCC

▶ IEEE 802.11 a/b/g 비교