지금까지 유선으로 연결된 네트워크를 알아보았다면, 이제부터 무선으로 연결된 네트워크에 대해서 살펴보겠습니다.
무선 네트워크는 유선으로 직접적으로 연결되지 않은 네트워크를 말합니다.
Wireless network의 요소
Access Point, Cell
무선으로 접속하는 지점을 Access Point(AP), 흔히 기지국이라고 부릅니다. 무선 송신기 역할을 수행하는 기지국은 네트워크와 유선으로 연결되어 있고, 이 기지국이 커버하는 범위를 Cell이라고 부릅니다. 이 Cell 내의 End link에서 우리가 쓰는 노트북, 스마트폰 등이 AP와 연결되어 있는 것입니다.
하나의 Cell 영역에서 여러 사용자가 channel을 동시에 사용하려고 하면, Mutiple Access Protocol을 수행하게 됩니다.
Infrastructure mode
Infrastructure mode란 기지국 통해서 통신하는 mode를 의미합니다. 그림에서 handoff는 디바이스가 기지국을 바꾸는 것입니다. 옛날 2G 시절에는 전화하면서 이동하다보면 항상 끊기는 지점이 있었습니다. 그런 현상은 큰 네트워크가 바뀌는 영역에서 생기는 문제입니다. 현재 LTE나 5G에서는 handoff가 거의 해결되었습니다.
그리고 이것과 대비되는 구조가 ad hoc mode입니다.
ad hoc mode
기지국 없이 단말들이 스스로 네트워크를 구성하는 것입니다. 과거에 미래 네트워크는 미래 네트워크는 ad hoc 기반으로 간다고 20년 이상 연구되어 왔는데 지금까지도 상용화 되지 않았습니다.
상용화 되지 못한 가장 큰 이유는 기지국의 이해관계입니다. 기지국 입장에서 자기를 거쳐야 수익이 될 것인데, ad hoc mode는 결제할 필요없이 단말들끼리 통신하기 때문에 통신사 입장에서는 해 줄 필요가 없습니다.
그리고 두 번째는 통신관련 이슈가 많았던 것입니다. 네트워크가 단말기를 타고 단말기를 타는 식으로 형성되게 되는데, 각 단말들이 다른 사용자가 보내는데, 왜 자신 단말기의 자원을 낭비해야하는가의 복합적인 문제가 있습니다.
Wireless Network
Wi-Fi vs Cellular
Wireless Network에서 쓰이는 무선 기술은 크게 Wi-Fi와 Cellular로 구분할 수 있습니다.
Wi-Fi와 Cellular의 가장 큰 차이는 전송 반경인데, WiFi는 거리가 짧은 Indoor (반경 10~ 30m)에 속하게 됩니다. 반면, Cellular는 전송 반경이 Long-range outdoor에 속하기 때문에 5KM ~ 20KM라는 매우 큰 범위를 가집니다.
IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Fi)
흔히 Wi-Fi라고 불리는 기술입니다. 여기서 802라는 숫자는 IEEE 에서 만든 통신 표준입니다. 802 뒤에 숫자 11이 붙게되면 무선을 의미합니다.
+ IEEE 802.11가 전세계로 퍼져나갈 수 있었던 이유는 2.4~5GHz 주파수 대역 덕분입니다. 주파수는 원래 특정 주파수를 사용하려면 정부의 허가를 받아야 하는데 이것은 모두 라이선스로 관리됩니다. 하지만 그 중 공공의 목적인 산업, 과학, 의료 (ISM) 분야에서는 누구나 허가를 받지 않고 사용할 수 있게끔 전세계가 공통적으로 2.4GHz~5GHz주파수를 열어주어 사용할 수 있도록 했습니다.
만약, 공공장소에 WiFi가 없다면 수많은 사용자는 유선으로 네트워크에 접속해야 하고, 자연스레 수많은 비용이 낭비될 것입니다.
IEEE 802.11은 현재 주로 쓰이는 유선 LAN 형태인 이더넷의 단점을 보완하기 위해 고안된 기술로, 이더넷 네트워크의 말단에 위치할 필요없는 배선과 유지 관리 비용을 최소화 하기 위해 사용됩니다.
Wi Fi는 위와 같은 다양한 표준이 있습니다.
802.11 > 802.11b > 802.11a > 802.11g > 802.11n > 802.11ac 순으로 발전했고, data late가 점차 증가했습니다.
802.11은 가장 초기 버전으로 최고 속도가 2Mbps에 불과했지만, 현재 가장 많이 사용하는 규격인 802.11ac는 다중 단말의 무선랜 최대 속도를 1Gbit까지 향상 시켰습니다.
IEEE 802.11 LAN Architecture
LAN의 구조를 구성하는 요소들은 아래와 같습니다.
Base Station( = Access Point)
Wireless host는 base station과 소통하여 네트워크에 접근할 수 있습니다. 여기서 base station은 AP (Access Point)로, 육상 이동국과의 통신 또는 이동 중계국의 중계에 의한 통신을 하기 위해, 육상에 개설하고 이동하지 않는 무선국을 말합니다.
BSS
그리고 앞에서 언급한 기지국이 커버하는 범위인 Cell 영역을 BSS(Basic Service Set)이라고도 부릅니다. AP 없이 호스트들로만 구성되는 애드 혹 모드의 BSS와 AP와 호스트들이 모인 인프라스트럭처 모드의 BSS가 있습니다.
쉽게 말해 WiFi에서는 기지국 대신에 Access Point (AP)라고 하는 말을 쓰는 것이고, 집에 있는 유무선 공유기가 AP입니다. 그리고 AP가 만든 하나의 영역이 BSS입니다.
802.11 Channels, association
802.11은 대략 11개의 채널로 만드는데 이 중 11개의 채널이 오버랩이 조금씩 되어있습니다. 그래서 오버랩이 되지 않는 채널 3개 정도를 사용합니다.
이때 같은 채널을 사용하는 AP가 2개 이상 근처에 있다면 서로 간섭이 생길 수 있습니다.
그래서 호스트는 처음 AP에 접속하기 위해 주변에 어떤 AP가 있는지 스마트폰이나 노트북으로 확인하는데 이것을 채널 스캐닝이라고 부릅니다.
이때 호스트가 어떻게 AP를 찾을 수 있는지 의문이 생기는데, 각각의 AP가 자기 AP SSID(AP 이름)를 포함한 beacon frames를 100ms마다 한 번씩 boardcast하기 때문에 가능합니다.
이제 host가 스캔을 하면 beacon의 리스트를 얻게 되고, 그 중 하나를 접속합니다. beacon에는 signal의 세기, MAC 주소 등에 대한 정보가 있어, host는 AP의 MAC 주소 를 알수 있게 됩니다.
네트워크로 통신하기 위해서도 IP가 필요한데, 이전에 포스팅한 IP 주소 절약 기법인, DHCP를 사용하여 동적으로 IP 주소를 하나 받아와서 사용하게 됩니다.
802.11 : passive/active scanning
host가 AP를 찾는 방법은 두 가지로 나눌 수 있습니다.
Passive Scanning
beacon frame이 AP로부터 host에게 주기적으로 전송됩니다. (Broadcasting)
그림에서는 가장 믿을만 하고 신호 세기가 좋은 AP 선택 후, H1에서 선택된 AP로 결합 요청 메시지를 전송하면, 선택된 AP에서 H1으로 결합 수락 메시지를 전송하게 됩니다.
Active Scanning
passive scanning 방식에 비해 많이 사용하는 방법은 아닙니다.
passive scanning 방식과는 정반대로 host가 요청을 broadcast하여 beacon frame을 찾습니다.
그림에서 H1에서 탐사 요청 프레임을 broadcast 하고, AP로부터 탐사 응답 프레임이 도착하면 H1에서 선택된 AP로 결합 요청 메시지 전송하게 되고 선택된 AP에서 H1으로 결합하게 됩니다.
참고자료
[컴퓨터 네트워크 - 한양대학교 이석복 교수님]
http://www.kocw.net/home/cview.do?cid=6166c077e545b736
https://the-square-of-y.tistory.com/224
https://blog.naver.com/ds4ouj/222374390860
https://inyongs.tistory.com/80
Computer Networking _ A Top Down Approach, 7th
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