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무선 네트워크 기술

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Academic year: 2023

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(1)

무선 네트워크 기술

(IEEE 802.11, MAC)

(2)

차례

목적 및 개발 배경 무선랜의 정의

주요 무선 네트워킹 IEEE 802.11

종류 및 특징

IEEE 802 무선 표준화 802.11 LAN 의 구성요소 통신방식

802.11 MAC

(3)

목적 및 개발 배경

목적 및 개발 배경

Wireless LAN 의 역사는 TCP/IP 기술이 그러하듯이 군 ( 軍 ) 에서 시작됐다 . 제 2 차 세계대전 당시 연합군의 무선통신이 독일군에 의 해 도청됨에 따라 보안성이 뛰어난 기술개발을 위해 미국방성에 의해 추진된 것이 모태가 되어 2 차 대전이 종료된 후에 기술개발이 완료 가 됐다 . 이러한 군사용 기술이 민간업체로 이관된 것은 1985 년이 며 , 이때의 기술은 FHSS(Frequency Hopping Spread

Spectrum) 기술이었다 . 이때부터 FHSS 기술을 이용한 2Mbps 속도의 WLAN 시스템이 상용화되기 시작했다 . 이때부터 모든 통 신기술의 표준을 관할하는 IEEE 802 위원회에 의해 WLAN 시장 의 활성화를 위한 WLAN 표준 규격작업이 1992 년에서 1997 년 까지 추진됐으며 , 상용화를 위한 가격을 맞추기 위해 1999 년

IEEE 802.11b 의 WLAN 규격이 제정됐다 .

(4)

Wireless LAN 정의

정의

- 기존의 유선이 아닌 무선 매체를 데이터 전달 의 매개체로 이용하여 기존의 LAN 이 제공하는 서비스를 제공해 주는 기술

LAN

LAN LAN

LAN

(5)

주요 무선 네트워킹

(6)

IEEE 802

- 무선을 이용하여 통신을 하기 위하여 IEEE 위원회에 의해 제정 되어진 무선 랜 표준규격 이다 .

IEEE 802 위원회는 LAN 표준화를 위해 1980 년 2 월에 IEEE 에 설치됐다 .

개념

IEEE 802 이란 ?

Institute of Electrical and Electronics

Engineers

( 전미전기전자통신기술인협회 ) 802 는 위원회의 발족 시기

IEEE 802

(7)

종류 및 특성

무선랜의 종류 및 특성

DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 방식 : 반송파를 광대역 확산 신호로 직접 변조하여 주파수 대역 을 확산 시키는 방식이고, 안정성과 전송 속도의 측면이 장점이다 .

무선 LAN 의 종류와 특성

구분 IEEE

802.11b IEEE

802.11g IEEE

802.11a IEEE 802.11n

주파수 2.4GHz 2.4GHz 5GHz 2.4/5GHz 전송속도 11Mbps 54Mbps 54Mbps 100Mbps

전송방식 DSSS DSSS/OFDM OFDM OFDM

(8)

IEEE 802.11b

IEEE 802.11(1997 년 6 월 ) 이 전송율에서 최고 2Mbps 인 단점을 개선

1999 년 9 월 2.4GHz 주파수 대역을 사용하여 최대 11Mbps 전송율

802.11 의 확장본

현재 상용 무선 LAN 대부분은 이 표준을 수용하고 있다 .

(9)

802.11 b 의 특징

주파수 : 2.4GHz 대역

- 3 개의 22MHz 대역 (3 개 채널 가능 ) 전송속도 : 최대 11Mbps 로 동작

- 통신상황에 따라 11, 5.5, 2, 1 Mbps 지원 전송방식 ( 변조방식 ) : HR-DSSS / CCK 기술

- High Rate Direct Sequence Spread Spectrum/

Complementary Code Keying

- 1,2Mbps -> DSSS, 5.5,11Mbps -> CCK

호환성 : IEEE 802.11 DSSS 방식 (1,2Mbps) 에 역호환성 (backward compatibility)

전송범위 : 100m 정도

매체접근 제어방식 방식 : CSMA/CA

현재 상용화되어있는 대부분의 장비에 이 표준이 채택되어 있음

일명 Wi-Fi(WiFi) 라고 부름

(10)

무선 표준화

IEEE 802 무선 표준화

IEEE 802 위원회 중 무선 표준화 관련

IEEE 802.11

무선 LAN 무선 LAN,

일부 적외선 통신

IEEE 802.15

무선 PAN 블루투스 , UWB,

지그비

IEEE 802.16

무선 MAN(BWA) 도시 광대역 네트워크 (FWA)

IEEE 802.20

무선 MAN(MBWA) 모바일 인터넷

( 와이브로 , 와이맥스 )

IEEE 802.21

핸드오프 다른 무선 네트워크 간의

핸드오버

(11)

IEEE 802 계열과 OSI 모델과의 관계

관계도

802 개요

아키덱쳐

802 개요

아키덱쳐

802.1 관리 802.1

관리

802.2 논리 링트 제어 (LLC)802.2 논리 링트 제어 (LLC)

802.3 MAC

802.3 PHY 802.3

MAC

802.3 PHY

802.5 MAC

802.5 PHY 802.5

MAC

802.5 PHY

802.3 802.5

802.11 MAC 802.11 MAC

802.11

802.11 FHSS PHY

802.11

FHSS PHY 802.11 DSSS PHY

802.11

DSSS PHY 802.11a OFDM PHY

802.11a OFDM PHY

802.11b HR/DSSS

PHY 802.11b HR/DSSS

PHY

데이터 링크 계층 LLC 부 계층

MAC 부 계층

물리 계층

(12)

802.11 LAN 의구성 요소

용어

분산 시스템 Access Points 의 목적지에 프레임을 전달하는 데 사용되는 802.11 의 논리적 구

액세스 포인트 802.11 네트워크의 프레임은 다른 네트워크로의 전달을 위하여 다른 형태의 프레임 으로 변환되어야 하는데 액세스 포인트라고 부르는 기기가 무선 유선 - 브리징 기능을 수 행한다.

무선 매체 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 프레임을 전송하기 위하여 무선 매체를 사용

스테이션 네트워크는 스테이션끼리 데이터를 전송하기 위해 만들어졌다. 스테이션은 무선 네트

액세스 포인트

무선매체 분산

시스템 스테이션

(13)

통신방식

통신방식

DSSS (Direct

Sequence Spread Spectrum) 방식

반송파를 광대역 확산 신호 (Spreading Signal) 로 직접 변

조하여 주파수 대역을 확산 시키는 방식이고

, 안전성과 전송 속도의 측면이 장점이다.

FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum ) 방식

주파수를 고정하지 않고 시간에 따라 변화시켜 전송하는 방식

이고, 송신측과 수신측에서 주파수 위치를 변화시키면서 통 신하는 방식이다. 간섭과 보안에 있어서 우수하나 속도에 대 한 제약이 있다.

Infrared Light( 적외선 )

방식 발광 다이오드나 레이저와 같은 가시광선을 이용해 데이터를

전송하는 방식이고

, 송신측과 수신측 사이에 장애물이 있으 면 송신이 불가능하다.

(14)

Media Access Control

개요

- 무선 LAN 의 표준인 IEEE 802.11 에서의

"MAC 부계층 " 에서는 여러 상이한 물리계층

표준이 정의되어 있으며 , 각각은 상위의 LCC

부계층 에게 무선특성에 관련된 MAC 부계 층

서비스를 제공하게 된다 .

(15)

M A C 란 ?

Media Access Control

- 미디어 액세스 제어 의 약어

- 공통 데이터 전송 채널을 공유하는 각 네트워크의

노드가 데이터를 손실없이 효과적으로 송 · 수 신하

기 위해 사용하는 방법

(16)

MAC 부계층이 제공하는 주요 서비스

스테이션 서비스

(Station Service)

- 무선 스테이션 사이의 교신에 필요한 기능을 서비스

분배시스템 서비스

(Distribution System Service)

- 이 서비스는 기본적으로 AP 가 제공하며 , MSDU 의 전달 분배 기능을 말함

- 결합 (Association), 재결합 (Re-association),

분리 (Disassociation), 분배 (Distribution), 통합

(Integration)

(17)

MAC 계층의 주요기능

프레임화

- 프레임 경계의 결정과 프레임동기 주소 처리

- 발신처 주소 , 수신처 주소의 부가와 식별 매체엑세스 관리

- 각종 알고리즘에 의해 충돌을 피하고 프레임을

송신하며 충돌이 발생하였을 때 처리를 행한다 .

반송파 검출 , 충돌 감지 , 물리매체 상의 장해

의 검출 등

(18)

주요 동작 형태의 구분

무선 매체에 대한 접근제어 - 무선매체 접근 2 가지 모드

* CSMA/CA 모드 (DCF) : 경쟁모드

* 우선순위 기반 접근 모드 (PCF) : 비경쟁모드

- 네트워크에의 참가

* 스테이션이 최초로 전원이 켜지고 탐색 / 합류하는 과정

무선 LAN 표준인 802.11 에서 탐색 (Scanning) 이라함 은 무선 스테이션이 무선 세계에 참여 (Joining) 하기 위해 호환가능한 무선 네트워크 (BSS) 를 찾는 행위를 말한다 . 최초로 무선 스테이션 의 전원이 켜지면 대화상대인 다른 무선 스테이션 ( 또는 AP) 와 인증 및 결합을 하기 (802.11 결합 및 인증 ) 에 앞서 우선적으로 무선 네트워크인 BSS 또는 ESS 를 탐색 (Scanning) 하는 과정을 수행 하게된다.

(19)

무선 랜 MAC 의 기능

MAC 의 기능

(1) DCF (Distributed Coordination Function)

     DCF 는 무선 LAN 에서 여러 스테이션이 무선매체에 대해 동시에 경쟁적으 로 접근할 때 생길 수 있는 충돌 (Collision) 을 방지하는 기능을 말하며 , 이 조정기능을 메커니즘화 한 것이 CSMA/CA 방식이다 .

(2) PCF (Point Coordination Function)

     PCF 는 DCF 와 달리 무선 LAN 에서 중앙 집중화된 WLAN MAC

Sublaver 프로토콜을 말한다 . 만일 서비스 집합 내에 액세스 포인트와 같 은 내부 기반 요소들이 분명히 인지되면 , 중앙 집중화된 MAC 프로토콜인 Point Coordination Function 이 사용되어 충돌 에 자유로운 ( 비경쟁모 드 , Contention-free) 매체 접근이 가능하다 . ㅇ 결국 , PCF 에서는 DCF 와는 달리 중앙의 AP 에 조정 기능을 위치시켜 모든 스테이션에 대한 서비스를 직접 제어하는 중앙제어식 폴링 기능을 사용한다 . PCF 는 트래픽 특성에 따른 차별화된 서비스는 지원하지 않아 널리 사용되지 않고 있다 .

(20)

DCF 경쟁기반 서비스

DCF 는 무선 매체 접근을 요구하는 모든 스테이션들에 대해 서 하나의 FIFO(First In First Out) 전송 큐로서 동작한 다 .

CSMA 프로토콜은 다른 스테이션에 의해 무선 매체가 사용 되고 있는지를 먼저 감지하는데 , 반송파 감지 (Carrier Sensing) 는 물리계층에서 무선 주파수의 에너지레벨을 감 시하는 방법과 가상적으로 프레임 전송기간을 이용해

NAV(Network Allocation Vector) 를 설정하는 방법이 있다 .

NAV 는 현재 전송 세션의 남은 시간을 의미하며 , 이를 통해

다른 스테이션이 전송 중인지를 결정한다 .

(21)

IFS (Inter Frame Space)

개요

- 무선 LAN 에서 공기와 같이 공유되는 매체에 대해서 여 러 무선 스테이션이 동시에 접 근함에 따른 충돌을 회피하기 위한 수단 (CSMA/CA) 으로 , 무선 스테이션이 매체에의 접 근을 연기시키고자 프레임 간 간격 (IFS, Inter-Frame

Space) 을 정의하고 있다 .

종류

SIFS (Short IFS), PIFS (Point IFS), DIFS

(Distributed IFS), EIFS (Extended IFS)

(22)

IFS (Inter Frame Space) cont.

SIFS

하나의 프레임 전송이 완료되고 ACK, CTS 프레임 등을 전송하기 전 까지의 시간간격이며 , IFS 중에서 가장 높은 우선순위레벨을 제공한 다 .

PIFS

PCF 로 동작할 때 다른 스테이션들 보다 우선적으로 매체 접근 권한을 얻기 위해 액세스 포인트에 의해 사용됨 . PIFS 는 SIFS + 슬롯타임 에 의해 결정된다 .

DIFS

DCF 로 동작하는 모든 스테이션이 데이터와 관리 프레임을 전송할 때 사용한다 . PCF 기반 전송보다 낮은 우선순위의 전송이 되며 , PIFS + 슬롯타임 값과 동일하다 .

EIFS

DCF 기반의 스테이션에서 프레임 전송에 에러가 있을 때 수신 스테이

션에게 ACK 프레임을 보낼 수 있는 충분한 시간을 주기 위해 사용한

(23)

CSMA/CA

CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance)

802.11 표준에 명시 되어 있는 매체 접근 제어 프로토콜이다 . 802.3 표준에 서 사용되던 CSMA/CD(Carrier Sense Mutiple Access with Collision detection) 을 사용하지 않고 CA, 즉 충돌을 회피하는 방식을 사용하고 있다 . 왜냐하면 무선 랜 에서는 Collision Detection 이 안되기 때문이다 .

동작원리

장치들은 항상 네트워크의 반송파를 감지하고 있다가 , 네트워크가 비어있을 때 목록에 등재된 자신의 위치에 따라 정해진 만큼의 시간을 기다렸다가 데이터를 보낸다 . 목록 내에서 장치들 간의 우선순위를 정하고 , 이를 재설정 하는 데에는 여러 가지 방법들이 사용된다 . 일부 버전에서는 , 충돌이 일어날 수 있으며 , 이 때에는 충돌 감지 절차가 수행된다 .

(24)

CSMA/CA 를 이용 DCF 동작과정

동작과정

(25)

숨겨진 문제점

문제점

-

무선 LAN 환경에서는 숨겨진 스테이션이 있을 수 있다 . 하나의 액세스 포 인트와 프레임을 전송하는 두 개의 스테이션이 있을 때 , 서로 직접 볼 수 없는 경 우에는 서로에게 숨겨진 스테이션이 된다 . DCF 는 반 송파 감지를 이용해 동작 하기 때문에 숨겨진 스테이션의 존재는 전송 시 충돌을 유발해 전체 네트워크의 성능을 상당히 떨어뜨린다 .

스테이션 스테이션

A C

스테이션

B

충돌유발

(26)

RTS/CTS 교환을 이용한 해결

RTS/CTS 교환

NAV(Network Allocation Vector) 이란 무선랜 표준인 802.11 에서 무선매체가 사용중이라는 시 간정보를 의미하는 일종의 타이머 역할을 하는 값을 말한다. 무선노드의 가상 반송파 감지 기능은 이 값 이 0 이 될 때까지 무선매체가 다른 무선노드에 의해 점유되고 있음을 간주하고 대기 하게 된다 . 무

(27)

참고 자료

http://www.ktword.co.kr ( 한국통신 ) 802.11 무선 네트워크 구축 가이드

( 한빛미디어 )

(28)

- THE END -

이상 저희 조의 발표를 마치겠습니다 . 감사합니다 .

질문 있으신 분은 질문해주시기 바랍니다 .

참조

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