Wireless LANs란?

어디를 가도 통신할 수 있도록 만드는 기술입니다.(근거리 무선 통신)

유선 LAN vs 무선 LAN

Wireless는 AP(Access Point)로 연결되어 있고, 유선랜은 스위치 혹은 라우터로 연결되었습니다. 여기서 AP는 유선으로 연결되어 있습니다. 즉, 무선 통신은 AP와 기기 사이에서만 이루어집니다.

*AP(Access Point) vs Router

- 라우터 : 하나의 공인 IP를 여러 가상 IP 주소로 변환, 외부 네트워크와 내부 네트워크 연결

- AP : 무선 기기를 연결 후 AP와 연결된 유선 네트워크와 통신을 도와줌, 가상 IP 할당 기능은 없음 → DHCP 서버에서 할당해주어야 함

무선 환경에서는 변수가 많습니다. 즉, 문제 해결이 중요합니다.

Access Control

무선 환경은 Access에서 많은 문제가 발생합니다. 문제가 발생하는 이유는 다음과 같습니다.

1. Shared medium(채널)은 한번에 한 사람만 사용 가능함

2. Hidden Station(Terminal) Problem

-> 무선 환경에서만 발생하는 문제입니다.

-> 위 그림에서 A와 B가 서로 통신 중이라는 것을 C가 모르기 때문에 A에게 시그널을 전송하는 경우 Collision이 발생하게 됩니다.

3. 시그널을 보낼 수 있는 범위가 한정됨

무선 환경에서는 CSMA/CD를 사용할 수 없습니다. 안테나로 전파 형태가 바뀌기 때문에 충돌이 일어난 것을 감지할 수 없기 때문입니다.

그럼 어떻게 해야 할까요?

최선을 다해 Collision이 발생하지 않도록 피하는 것 입니다..

*CSMA란?

Carrier Sense Multiple Access Collision을 줄이기 위한 통신 기법, 충돌을 완벽히 없애지는 못함

→ 데이터를 보내려고 할때 채널이 비어있다고 해서 Collision 발생하지 않는다고 보장할 수 없음 → 동시에 보내는 기기가 있다면 Collision

→ 이를 보완한 것이 CSMA/CD, 충돌이 일어날 경우 감지하고 재전송

CSMA/CA (Collision Avoidance)

CSMA/CA에는 세가지 충돌을 회피하기 위한 전략이 존재합니다.

1.IFS(The Interframe Space)
-> 기기가 동시에 연결 시도하는 것을 방지하고자 두는 딜레이

2. The Contention Windows
-> 충돌을 피하기 위해 랜덤 대기 시간을 설

3. Acknowledgements
-> 잘 받았다고 확인

흐름은 다음과 같습니다. 채널의 대기(Idle)를 발견했을 때 IFS만큼 딜레이 시킵니다. 딜레이되는 동안 Idle이 아니게 되면 Collision을 회피한 것이고, 다시 처음으로 돌아갑니다. 만약 Idle 상태가 유지되었다면, 나와 동시에 연결을 시도한 기기가 있다면 Collsion이 일어날 수 있으니 Contention windows만큼 딜레이 시킵니다. 이때 CW 슬롯의 갯수는 랜덤입니다. 이를 통해 Collision 발생 확률이 낮아집니다. 마지막으로 전송한 것이 Time Out이 되었을 시에(Ack를 못 받음) 재전송합니다.

위 방법만으로는 Hidden Station Problem을 해결할 수 없습니다. 그래서 NAV를 사용하여 이 문제를 해결합니다.

NAV는 Network Allocation Vector로 장치가 데이터를 전송할 때 채널 사용 시간을 예약하는데 사용합니다.

위 그림에서 B는 A가 통신 중인지, 언제까지 기다려야 하는지를 설정해야 합니다.

→ B는 다른 Station이 채널을 사용 중인 확인하기 위해 기다려야 하는 시간 설정

→ C는 타이머가 끝난 뒤 채널 사용할 수 있는지 확인함

RTS(Request To Send) : 메시지를 보내도 되냐고 묻는 것

CTS(Clear To Send) : 메시지를 받을 수 있다고 묻는 것

IEEE 802.11(WiFi)

구조

- BSS

- AP가 있는 경우: Infrastructure BSS

- AP 없는 경우 : Ad Hoc BSS

- ESS → 2개 이상의 AP를 가진 BSS로 구성. 서버와 Distribution system을 통해 유선으로 연결됨

DCF : 충돌을 피하기 위한 기술들이 들어가 있음 → CSMA/CA 방식을 기초로 하고, 충돌을 피하기 위한 Back-off 시간 사용, RTS/CTS 기법이 사용됨

PCF: 무경쟁 서비스 제공, 현재 구현되지 않음

Frame Format

802.11 표준은 MAC 프레임 형태를 역할에 따라 크게 3가지로 구분

- 802.11 데이터프레임(유형 type: 10) 주로 실제 정보 데이터를 실어 나르는 역할

- 802.11 제어프레임(유형 type: 01) 데이터의 올바른 전달을 위한 채널 획득, 반송파 감지, 데이터 수신 긍정 확인 → RTS, CTS, ACK 등

- 802.11 관리프레임(유형 type: 00) 무선망 및 무선 노드에 대한 스캔, 결합, 인증, 해체 등을 위한 여러 하위 유형

To DS / From DS

- Case 1: 00(To DS=0, From DS=0) 프레임이 BSS를 벗어나지 않음 → 한 BSS 내에서만 전송됨 이 경우만 ACK가 수신자에 의해 송신자에게 직접 전달됨

- Case 2: 01(To DS=0, From DS=1) 프레임이 BSS 외부에서 왔고, 목적지는 현재 BSS 내부에 있음

- Case 3: 10(To DS=1, From DS=0) 프레임이 현재 BSS에서 발생했고, 목적지는 BSS 외부에 있음

- Case 4: 11(To DS=1, From DS=1) 프레임이 BSS 외부에서 전송됐고, 목적지도 BSS 외부에 있음

BLUETOOTH

근거리 무슨으로 모바일 기기를 연결해 PAN(Personal Area Network)를 형성하는 기술
Wireless LAN 사용 → 범위는 좁음
대부분 ad hoc 네트워크
서로 다른 기능을 가진 장치를 연결하기 위해 설계된 무선 LAN 기술
IEEE 802.15를 기반

블루투스 네트워크의 두 가지 타입

피코넷은 최대 8개의 station연결 가능합니다. 스캐터넷은 이론상 더 많은 Station을 연결할 수 있습니다.

블루투스 레이어

무선층(Radio Layer)

대역 : 79개 채널의 2.4GHz ISM 대역
FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum): 물리층의 주파수 도약 확산 스펙트럼 방식
- 초당 1,600번 도약 -> 각 장치들이 초당 1,600번 변조 주파수를 바꾼다는 것과 동일 -> 변조방법은 FSK로 바꿈(GFSK)
- 다른 주파수로 도약하기 전 625ms(1/1,600s)동안 주파수 사용
- 거주시간은 625m
변조
- GFSK라고 불리는 FSK 사용
- 비트 1은 반송 주파수보다 높은값으로 표현
- 비트 0 은 반송 주파숩돠 낮은 값으로 표현