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