IEEE 802.11에는 "WiFi" 무선 랜 기술을 위한 여러 가지 표준안이 있다. 이들은 몇 가지 공통적인 특징을 공유한다. - CSMA/CA라는 동일한 매체 접속 프로토콜을 사용한다. - 동일한 링크 계층 프레임 구조를 사용하며, 전송 거리를 증가시키기 위해 전송률을 감소시키는 기능도 가진다. - 모든 IEEE 802.11 제품들은 이전 표준기술과의 호환성을 갖는다.
표에서 보듯이 이들 표준들은 물리 계층에서 중요한 차이가 있다. - 802.11 무선랜 기기들은 두 종류의 서로 다른 주파수 영역에서 동작 ⅰ) 2.4 GHz 대역이라 참조되는 2.4~2.485 GHz 주파수 영역 º 비허가(unlicensed) 주파수 대역 º 802.11 기기들은 2.4 GHz 무선전화 및 같은 주파수 대역을 사용하는 전자레인지와 경쟁 ⅱ) 5 GHz 대역이라는 참조되는 5.1~5.8 GHz 주파수 영역 º 802.11 랜은 전력 수준이 동일할 경우 전송 거리가 더 짧고 다중 경로로 전파의 영향을 더 많이 받는다.
802.11 구조
[그림 7.7] IEEE 802.11 랜 구조
- BSS (basic service set) : 802.11 구조의 기본 구성단위 º BSS는 하나 이상의 무선 스테이션과 하나의 중앙 기지국(base station; 802.11 용어로는 AP, access point)으로 구성 º 일반 홈 네트워크에서는 BSS를 인터넷으로 연결하는 하나의 AP와 하나의 라우터가 필요하다.
- 802.11 무선 기지국은 6-바이트의 MAC 주소를 가지며, MAC 주소는 스테이션의 어댑터 펌웨어에 저장되어 있다.
- 각각의 AP도 자신의 무선 인터페이스에 대한 MAC 주소를 가진다.
- AP를 가진 무선 랜을 인프라스트럭처 무선 랜(infrastructure ture wireless LAN)이라고 하며, "인프라스트럭처"는 AP와 라우터를 연결해 주는 유선 이더넷 기반구조와 AP를 통칭한다.
- 애드 혹 네트워크 (중앙 제어나 "바깥세상"으로의 연결이 없는 네트워크) º 네트워크는 "즉석에서(on the fly)" 이동 장치들 사이에서 형성되는데, 그 이유는 이들이 가까이 있고 통신할 필요가 있으며, 그것에 이미 존재하는 다른 네트워크 기반구조가 없기 때문이다.
채널과 결합 - 802.11에서 무선 단말기는 네트워크 계층 데이터를 포함하는 802.11 프레임을 송신 또는 수신하기 전에 AP와 결함 되어야 한다. - AP를 설치할 때 AP에게 하나 또는 두 워드의 SSID (Service Set Identifier)를 할당한다. - AP에게 채널 번호를 할당해야 한다. º 채널 번호는 802.11이 2.4~2.485 GHz 주파수 범위에서 동작하는 것과 관련되어 있다. º 주파수 범위의 85 MHz 대역에서 11개의 일부 겹치는 채널을 정의하고 있다. º 두 개의 채널은 4개 이상의 채널에 의해 분리되어 있어야만 겹치지 않는다. º 채널 1, 6 ,11은 유일하게 겹치지 않는 3개의 채널이다. 즉, 관리자는 3개의 802.11b AP를 같은 장소에 설치하고 이들에게 각각 채널 1, 6, 11을 할당하고 스위치로 연결함으로써 33 Mbps의 최대 전송률을 갖는 무선 랜을 생성할 수 있다. - WiFi 정글 (jungle) : 무선 스테이션이 둘 이상의 AP로부터 충분히 강한 신호를 받을 수 있는 모든 지역을 의미 º 무선 스테이션이 인터넷에 접속하기 위해서는 정확하게 하나의 서브넷에 들어가야 하므로 단 하나의 AP와 결합되어야한다. º 결합 (associate) : 무선 스테이션이 AP와 가상 회선을 만드는 것 º 결합된 AP만이 데이터 프레임(즉, 데이터를 포함함 프레임, 데이터그램)을 무선 스테이션에게 전송할 수 있으며, 무선 스테이션은 결합된 AP를 통해서만 인터넷으로 데이터 프레임을 전송할 수 있다. - 802.11 표준은 AP가 주기적으로 비컨 프레임(beacon frame)을 전송할 것을 요구한다. º 비컨프레임에는 AP의 SSID와 MAC 주소가 포함된다. º AP들이 비컨 프레임을 보내는 것을 알고 있는 무선 스테이션은 주변 AP로부터의 비컨 프레임을 찾기 위해 11개 채널을 살펴본다. º 비컨 프레임으로부터 사용 가능한 AP들의 정보를 얻은 무선 스테이션은 결합을 맺을 AP를 하나 선택한다. - 802.11 표준은 사용 가능한 AP 중 어떤 것을 선택할 것인지를 정하는 알고리즘을 정의하지 않고 있다. 일반적으로 무선 호스트는 비컨 시그널의 세기가 가장 강한 AP를 선택한다. º 신호의 세기는 중요하지만 이것이 무선 호스트의 수신 성능을 결정하는 유일한 특성이 아니다. - 수동적 스캐닝 (passive scanning) : 비컨 프레임의 수신을 통해 채널을 찾는 과정 수동적 스캐닝- 능동적 스캐닝 (active scanning) : 무선 호스트가 영역 안에 있는 AP들에게 탐사용 프로브(probe) 프레임을 방송하는 방식 능동적 스캐닝- AP 탐색을 위한 능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝 과정 1. 영역 내에 있는 AP들이 프로브 요청에 대해 프로브 응답 메시지를 보내오면, 무선 호스트는 이들 AP 중 하나를 선택할 수 있다. 2. AP를 선택한 후, 무선 호스트는 선택된 AP에게 결합 요청 메시지를 전송하며 AP는 결합 수락 메시지를 반송 º 이 두 번째 요청/수락 핸드셰이킹 통신은 능동적 스캐닝을 사용하는 경우에 필요 º 그 이유는 호스트의 첫 번째 프로브 요청에 응답한 AP는 여러 개의 응답한 AP 중 어떤 것이 선택될지 모르기 때문이다. 3. AP와의 결합 단계가 끝난 후, 무선 호스트는 AP가 속하 서브넷에 가입하고 싶어 할 것이다. 무선 호스트는 AP의 서브넷 IP 주소를 얻기 위해 결합된 AP를 통해 서브넷으로 "DHCP 발견 메시지"를 전송한다. 4. 서브넷 주소를 얻으면 인터넷의 나머지 노드는 이 무선 호스트를 선택된 AP의 서브넷 내부의 IP 주소를 지닌 한 호스트로 여기게 된다. - 무선 스테이션이 특정 AP와 결합하기 위해서는 해당 AP에게 자신을 인증시켜야 할 때도 있다. - 802.11 무선 랜에서는 다수의 인증 및 접근 방법을 제공한다. 1. 스테이션의 MAC 주소를 기반으로 무선 네트워크로의 접근을 허용 (많은 회사에서 사용) 2. 사용자 이름과 암호를 이용 (인터넷 카페에서 사용)
802.11 MAC 프로토콜
- 일단 무선 스테이션이 AP와 결합되면 AP로부터 데이터 프레임을 송수신할 수 있다. º 무선 스테이션 : 다중 접속 채널을 공유하는 무선 기기 또는 AP를 의미
- 그러나 AP 자신을 포함한 여러 스테이션이 동시에 동일한 채널로 데이터 프레임을 전송할 수도 있으므로 전송을 조정하기 위해 다중 접속 프로토콜이 필요하다.
º 다중 접속 프로토콜 분류 1. 채널 분할 (ex. CDMA) 2. 랜덤 접속 3. 순번제
- 802.11 무선 랜에서 사용되는 랜덤 접속 프로토콜은 CSMA/CA (CSMA with collision avoidance)이다. º CSMA는 "carrier sense multiple access"를 뜻한다. 즉, 스테이션이 전송하기 전에 채널 상태를 감지하고, 만일 채널이 사용 중이면 전송하지 않는다.
- 이더넷과 802.11 모두 채널 상태를 감지하는 랜덤 접속 프로토콜을 사용하지만 이들 MAC 프로토콜에는 중요한 차이가 있다. 1. 802.11은 충동 검출(collision detection)을 사용하지 않아도 충돌 회피(collision avoidance) 기술을 사용한다. 2. 무선 채널의 비트 오류율이 상대적으로 크므로, 이더넷과 다르게 802.11에서는 링크 계층 ARQ (ACK/재선송) 방식을 사용한다.
- 802.11 MAC 프로토콜은 다음과 같은 두 가지 중요한 이유 때문에 충돌 검출을 구현하고 있지 않다. º 충돌 검출을 하려면 송신과 수신이 동시에 가능해야 한다. 일반적으로 802.11 어댑터에서 수신 신호의 세기는 송신 신호의 세기에 비해 아주 약하므로, 송수신을 모두 고려하여 충돌을 검출할 수 있는 하드웨어를 만드는 데에는 많은 비용이 든다. º 동시에 송수신이 가능하고 다른 스테이션에 의한 채널 사용을 감지했을 때 전송을 중단할 수 있다고 하더라도, 숨은 터미널 문제와 페이딩 때문에 802.11 어댑터는 충돌을 검출하지 못할 수도 있다.
- 802.11 무선 랜은 충돌 검출을 사용하지 않으므로, 일단 스테이션이 프레임을 전송하기 시작하면 그 프레임을 모두 전송한다. 즉, 일단 스테이션이 전송하기 시작하면 중단시킬 수 없다.
- 충돌이 빈번할 때, 프레임(특히 큰 프레임) 전체를 전송하면 다중 접속 프로토콜의 성능이 상당히 저하될 수 있다.
- 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 802.11에서는 몇 가지 충돌 회피 기술을 사용한다.
- 802.11의 링크 계층 ACK 방법 º 무선 랜에서 송신 스테이션이 전송한 프레임은 여러 가지 이유로 목적지 스테이션에 제대로 도달하지 못할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해서 802.11 MAC에서는 링크 계층 ACK를 사용한다. º 그림 7.10에서와 같이, 목적지 기지국은 CRC 검사를 통과한 프레임을 수신하면 SIFS(Short Inter-frame Spacing)라는 짧은 시간을 기다린 후에 ACK 프레임을 송신자에게 보낸다. º 만일 송신 기지국이 주어진 시간 동안에 ACK를 수신하지 못한 면, 송신 스테이션은 오류가 발생했다고 가정하고 다시 CSMA/CA 프로토콜을 사용해서 채널 접근을 한 후 프레임을 재전송한다. º 만일 일정 횟수만큼의 재전송 후에도 ACK를 수신하지 못하면, 송신 스테이션은 포기하고 프레임을 폐기한다.
[그림 7.10] 링크 계층 ACK를 사용하는 802.11
- 802.11 CSMA/CA 프로토콜 º 스테이션 (무선 기기나 AP)이 전송할 프레임을 갖고 있다고 가정 1. 스테이션은 채널이 사용되지 않음을 감지하면 DIFS (Distributed Inter-frame Space)라는 짤은 시간 동안 기다린 후에 프레임을 전송 2. 그렇지 않고 채널이 사용 중이면, 스테이션은 백오프 방식에 따라 선택된 임의의 시간을 대기한다. DIFS 시간 이후에 채널이 사용되지 않음을 감지하면 선택된 시간의 카운터 값은 감소하며, 채널 사용이 감지되면 카운터 값을 그대로 고정한다. 3. 카운터가 0에 도달하면(이것은 채널이 사용되지 않을 때만 가능), 스테이션은 프레임 전체를 전송한 후에 ACK를 기다린다. 4. ACK를 수신하면, 송신 스테이션 프레임이 목적지 스테이션에 의해서 제대로 수신되었다는 것을 알게 된다. 만일 스테이션에 전송할 프레임이 또 있다면, 단계 2의 CSMA/CA 프로토콜을 수행한다. ACK를 수신하지 못하면, 송신 스테이션은 좀 더 증가된 임의의 시간 값을 선택한 후에 단계 2의 백오프 과정을 수행
- CSMA/CA 프로토콜에서는 채널이 사용되지 않는 상태임을 감지하더라도 스테이션은 임의의 백오프 값을 선택하여 카운트다운 과정을 거치므로 전송을 지연시킨다.
- CSMA/CD와 CSMA/CA가 다른 방식으로 동작하는 이유? º 각각 전송할 프레임을 가진 두 개의 스테이션이 또 다른 제3의 스테이션이 이미 전송하고 있음을 감지했기 때문에 바로 전송하지 않는 상황을 생각해 보자.
º 802.11은 충돌을 검출하지 않으며 전송을 중단하지도 않으므로, 충돌을 겪은 프레임이라도 전체를 다 전송한다. 따라서 802.11의 목표는 가능한 충돌을 회피하는 것이다.
º 802.11의 경우, 두 스테이션이 채널이 현재 사용 중인 것을 감지하면 이들은 서로 다른 백오프 시간이 선택되기를 기대하며 임의의 백오프(random backoff) 기법을 수행한다.
º 선택된 백오프 시간이 다른 경우, 채널이 사용되지 않는 휴지 상태에 도달했을 때 경쟁 중인 두 스테이션 중의 하나가 다른 스테이션보다 먼저 전송을 시작하며, (만약 두 스테이션이 모두 서로로부터 숨은 터미널이 아니라면) "경쟁에서 진 스테이션"은 "경쟁에 이긴 스테이션"의 신호를 감지하고 자신의 카운터를 멈춘 후 경쟁에 이겨 전송 기회를 획득한 스테이션이 전송을 완료할 때까지 기다린다.
숨은 터미널 해결 방안: RTS와 CTS - 802.11 MAC 프로토콜은 숨은 터미널이 존재하더라도 충돌을 회피할 수 있는 훌륭한 예약 방법을 선택할 수 있도록 제공한다. [그림 7.11] 숨은 터미널 예: H1과 H2는 서로 숨겨진 상태임- 2개의 무선 스테이션과 하나의 AP가 상황에서 이 방법이 어떻게 동작하는지 살펴보자. º 두 무선 스테이션들은 동일한 AP의 영역 내에 있으며 이 AP와 결합되어 있다. º 그러나 페이딩 때문에 무선 스테이션의 신호 범위는 제한된다. º 따라서 각 무선 스테이션은 AP로부터는 잘 보이지만 그들 서로 간에는 숨어 있다. - 숨은 터미널의 문제 º 스테이션 H1이 전송하는 도중에 스테이션 H2가 AP로의 전송을 원한다고 가정 º H1의 전송을 듣지 못한 H2는 임의의 시간(DIFS)을 기다린 후에 DATA 프레임을 전송하며 이 경우 충돌이 발생한다. º 따라서 H1의 전체 전송 시간과 H2의 전체 전송 시간 동안 채널이 낭비된다. - 이 문제를 해결하기 위해 IEEE 802.11 프로토콜에서는 스테이션들이 짧은 RTS(Request to Send) 제어 프레임과 역시 짧은 CTS(Clear to send) 제어 프레임을 주고받게 함으로써 채널 접근을 예약할 수 있게 한다. º 송신자는 DATA 프레임을 전송하고 싶으면, 먼저 RTS 프레임을 AP에게 보냄으로써 DATA 프레임과 ACK 프레임을 전송하는 데 필요한 전체 시간을 알려준다. º AP가 RTS를 수신하면 이에 대한 응답으로 CTS 프레임을 송신 스테이션을 포함한 영역 내의 모든 스테이션들에게 전송한다. º CTS 프레임은 송신자에게는 전송할 수 있다는 허가를 명확하게 알려주고, 다른 스테이션들에게는 예약된 시간 동안 전송하지 못하게 하는 두 가지 목적을 수행한다. [그림 7.12] RTS와 CTS 프레임을 사용하는 충돌 회피- 그림 7.12에서는 H1은 DATA 프레임을 전송하기 전에 먼저 RTS 프레임을 브로드캐스트하며, 해당 원 안의 모든 스테이션 (AP 포함)은 이것을 듣게 된다. º 그러면 AP는 CTS 프레임을 응답하고, 이것을 해당 범위의 모든 스테이션 (H1과 H2 포함)이 듣는다. º CTS를 수신한 스테이션 H2는 CTS 프레임에 명시된 시간 동안 전송하지 않는다. - RTS와 CTS 프레임을 사용하면 다음과 같이 두 가지 측면에서 성능이 향상된다. 1. 숨은 스테이션 문제가 완화될 수 있다. 그 이유는 채널을 예약한 다음에만 길이가 긴 DATA 프레임을 전송하기 때문이다. 2. RTS와 CTS 프레임은 길이가 짧으며, RTS/CTS 프레임에 의한 충돌은 짧은 RTS/CTS 프레임이 전송되는 동안에만 발생한다. 일단 RTS와 CTS 프레임이 제대로 전송되면, 그 뒤에 오는 DATA와 ACK 프레임은 충돌 없이 전송된다. - RTS/CTS를 교환함으로써 충돌을 감소시킬 수 있지만, 이로 인해 지연과 채널 자원의 낭비가 생긴다. 따라서 RTS/CTS 교환은 긴 DATA 프레임을 전송하기 위해 채널을 예약할 때만 사용된다. - 실제로 무선 스테이션에서는 프레임이 임계치보다 긴 경우에만 RTS/CTS 절차가 사용될 수 있도록 RTS 임계치를 설정할 수 있다. - 많은 무선 스테이션에서는 기본 RTS 임계치 값이 최대 프레임 길이보다 길게 설정되어 있으며, 따라서 모든 DATA 프레임 전송 시 RTS/CTS 절차가 생략된다.
점대점 링크로서의 802.11 사용 - 만일 두 노드가 지향성 안테나 (directional antenna)를 갖고 있다면, 지향성 안테나로 상대방을 가리킴으로써 지점 간의 링크를 형성하고 이 링크에 대해 802.11 프로토콜을 실행할 수 있다. - 비용이 저렴한 802.11 하드웨어 지향성 안테나와 증가된 전송 전력(power)을 사용함으로써 802.11은 수십 km 거리의 무선 지점 사이에 연결을 제공하는 저렴한 수단으로 사용될 수 있다.
IEEE 802.11 프레임
- 802.11 프레임은 이더넷 프레임과 많은 유사성을 가지긴 하나 무선 랜에서의 사용에 특화된 몇 개의 필드를 포함하고 있다. - 그림 7.13에 802.11 프레임이 나타나 있다. º 프레임의 각 필드 위의 숫자는 필드 길이를 바이트 단위로 나타낸 것이다. º 프레임 제어 필드(frame control) 필드의 서브필드(subfield) 위의 숫자는 서브필드 길이를 비트 단위로 나타낸 것이다.
[그림 7.13] 802.11 프레임
페이로드와 CRC 필드 - 프레임의 중심에는 페이로드(payload)가 있으며, 페이로드는 하나의 IP 데이터그램이나 ARP 패킷으로 구성 - 페이로드 필드는 최대 2,312바이트까지 허용되지만, 보통 1,500바이트보다는 작으며 하나의 IP 데이터그램이나 ARP 패킷을 포함한다. - 수신자가 수신한 프레임의 비트 오류를 검출할 수 있도록 32비트의 CRC를 포함한다.
주소 필드 - 802.11 프레임의 가장 큰 차이점은 4개의 주소 필드(각 주소 필드는 6바이트의 MAC 주소를 포함할 수 있음)를 가지고 있다는 점이다. - 주소 필드가 4개나 필요한 이유? º 네트워크 연동(internetworking)을 위해서는 세 개의 주소가 필요하다. º 무선 스테이션에서 AP를 통해 라우터 인터페이스로 네트워크 계층 데이터그램을 전송하는 경우가 여기에 해당 º 네 번째 주소는 애드 혹 네트워크 모드에서 사용된다. - 802.11 표준에서 이들 세 개의 주소 필드를 다음처럼 정의한다. º Address 2 : 프레임을 전송하는 스테이션의 MAC 주소다. 따라서 무선 스테이션이 프레임을 전송하면 그 스테이션의 MAC 주소가 Address 2 필드에 삽입된다. 이와 유사하게, AP가 프레임을 전송하면 AP의 MAC 주소가 Address 2 필드에 삽입된다. º Address 1 : 프레임을 수신하는 무선 스테이션의 MAC 주소이다. 따라서 이동 무선 스테이션이 프레임을 전송하면 Address 1에는 목적지 AP의 MAC 주소가 삽입된다. 이와 유사하게, AP가 프레임을 전송하면 Address 1에 목적지 무선 스테이션의 MAC 주소가 삽입된다. º Address 3 : 이것을 이해하기 위해서는 BSS (AP와 무선 기지국들로 구성된 BSS)가 서브넷의 일부이고, 이 서브넷은 라우터 인터페이스를 통해 다른 서브넷으로 연결된다는 것을 알아야 한다. Address 3은 이 라우터 인터페이스의 MAC 주소를 포함한다. - Address 3의 쓰임 이해하기 위해 네트워크를 연동하는 예를 확인해보자 [그림 7.14[ 802.11 프레임들의 주소 필드의 사용(H1과 R1 사이의 프레임 전송) º 그림에는 2개의 AP가 있으며, 각 AP는 여러 개의 무선 스테이션을 책임진다. º 각 AP는 라우터에 직접 연결되어 있으며, 라우터는 글로벌 인터넷에 연결되어 있다. º AP는 링크 계층 장치이며, 따라서 네트워크 계층인 IP 기능을 갖지 않고 또한 IP 주소를 이해하지 못한다. º 라우터 인터페이스 R1로부터 무선 스테이션 H1로 데이터그램을 전달한다고 하자. º 라우터는 H1을 자신에게 연결된 서브넷 중의 하나에 속한 호스트 정도로 생각한다. ▷ 이더넷 랜에서와 마찬가지로, (데이터그램의 목적지 주소로부터) H1의 주소 IP 주소를 알게 된 라우터는 ARP (Address Resolution Protocol, 주소 결정 프로토콜)를 사용해서 H1의 MAC 주소를 결정한다. H1의 MAC 주소(Media Access Control Address)를 획득한 라우터 인터페이스 R1은 이더넷 프레임 내네 데이터그램을 캡슐화한다. 이 프레임의 출발지 주소 필드는 R1의 MAC 주소를 포함하며, 목적지 주소 필드는 H1의 MAC 주소를 포함한다. ▷ 이더넷 프레임이 AP에 도착하면, AP는 이 프레임을 무선 채널로 전송하기 전에 802.3 이더넷 프레임을 802.11 프레임으로 변환한다. AP는 Address 1과 Address 2를 H1의 MAC 주소와 자신의 MAC 주소로 각각 채워 넣는다. AP는 Address 3에 R1의 MAC 주소를 포함한다. 이런 식으로 H1은 데이터그램을 서브넷으로 전송한 라우터 인터페이스의 MAC 주소를 Address 3으로부터 알 수 있다. º 이제 무선 기지국 H1이 응답으로 R1에게 데이터그램을 전송하는 경우에 대해 생각해보자. ▷ H1은 Address 1와 Address 2에 각각 AP의 MAC 주소와 H1의 MAC 주소가 포함된 802.11 프레임을 생성한다. H1은 Address 3에 R1의 MAC 주소를 포함한다. ▷ AP가 이 802.11 프레임을 수신하면 이것을 이더넷 프레임으로 변환한다. 이더넷 프레임의 출발지 주소 필드는 H1의 MAC 주소, 목적지 주소는 R1의 MAC 주소가 된다. 따라서 Address 3은 AP가 이더넷 프레임을 구성할 때 목적지 MAC 주소를 결정할 수 있게 해 준다. º Address 3은 BSS를 유선 랜과 연동시키는 데 있어서 아주 핵심적인 역할을 한다.
Sequence Number, Duration, Frame Control 필드 - 802.11에서는 한 스테이션이 다른 스테이션으로부터 프레임을 제대로 수신할 때마다 ACK를 보낸다. - ACK가 손실될 수 있으므로 송신 스테이션은 같은 프레임을 여러 번 보낼 수도 있다. - 순서 번호를 사용함으로써 수신자는 새로 전송된 프레임과 재전송된 프레임을 구분할 수 있다. - 802.11 프레임의 Sequence Number 필드는 링크 계층에서도 동일한 기능을 수행한다. - 802.11 프로토콜에서 송신 스테이션은 데이터 프레임을 전송하는 시간과 ACK를 전송하는 시간을 포함한 시간 동안 채널을 예약할 수 있다. - 데이터 프레임과 RTS 및 CTS 프레임 모두 대해서 이 시간 값은 해당 프레임의 Duration 필드에 포함된다.
동일한 IP 서브넷 내에서의 이동성
- 동일한 서브넷이 있는 BSS 간의 이동성과 관련된 예를 살펴보자.
[그림 7.15] 동일한 서브넷에서의 이동성
- 그림 7.15에서 서로 연결된 BSS들인 BSS1과 BSS2가 있으며, 호스트 H1은 BSS1에서 BSS2로 이동한다. - 두 BSS를 연결하는 장치는 라우터가 아니며, 두 BSS에 있는 AP를 포함한 모든 기지국은 동일한 IP 서브넷에 속한다. - H1이 BSS1에서 BSS2로 이동할 때 H1의 IP 주소는 동일하게 유지되며, H1에 의해 현재 진행 중인 모든 TCP 연결도 유지될 수 있다. - 연결 장치가 라우터인 경우, H1은 자신의 IP 주소를 새로 진입한 서브넷에 맞게 변경할 필요가 있을 수도 있다. 이 경우, H1은 현재 진행 중인 TCP 연결을 잠시 중단하거나 또는 종료해야 할 수도 있다. - 이러한 문제를 해결하기 위해 이동 IP와 같은 네트워크 계층의 이동성 프로토콜을 사용해야 한다. - H1이 BSS1에서 BSS2로 이동하면 어떤 일이 일어날까? º H1은 AP1을 떠나면서 AP1로부터의 신호가 약해진 것을 감지하고 더 강한 신호를 찾기 시작한다. º H1은 AP2로부터 비컨 프레임을 수신하면, 자신의 IP 주소와 진행 중인 TCP(Transmission Control Protocol) 세션을 유지한 채로 AP1과의 결합을 끊고 AP2와 새로운 결합을 만든다. º 이러한 동작은 호스트와 AP의 관점에서 본 핸드오프 상황이다. - 그림 7.15의 스위치에서는 호스트가 하나의 AP로부터 다른 AP로 옮겨 가는 것을 어떻게 알 수 있을까? º 스위치는 "자체 학습"을 하고 자동으로 포워딩 테이블을 구성할 수 있다. º 이 같은 스위치의 자체학습 기능은 간혹 일어나는 이동을 지원하지만, TCP 연결을 유지한 채로 BSS들 사이의 이동을 빈번하게 하는 사용자는 지원하지 못한다. º 스위치의 포워딩 테이블에는 H1의 MAC 주소와 H1에 도달할 수 있는 스위치의 출력 인터페이스에 대한 엔트리가 있다. º 처음에 H1이 BSS1에 있으면 H1으로의 데이터그램은 AP1을 통해서 전달된다. 그러나 일단 H1이 BSS2와 결합되면, H1으로의 프레임은 AP2로 전달되어야 한다. º 한 가지 해결방안은 결합을 새로 설정한 다음에 AP2로 하여금 출발지 주소가 H1인 이더넷 프레임을 스위치로 브로드캐스트하게 만드는 것이다.
802.11의 진전된 특징
802.11 전송률 적응 - 높은 SNR을 가지는 802.11 이동 사용자 º 높은 SNR로 인해 이 사용자는 높은 전송률을 가지는 물리 계층 변조 기법을 사용하면서도 BER을 낮게 유지할 수 있다. - SNR이 낮아지는 경우 º 기지국과 사용자 사이에서 동작하는 802.11 프로토콜이 사용하는 변조 기법이 바뀌지 않는다면, SNR이 감소함에 따라 BER이 허용할 수 없을 만큼 높아질 것이며, 결국에는 제대로 전송되는 프레임이 하나도 없어질 것이다. - 이러한 이유로 일부 802.11 구현은 전송률 적응(rate adaptation) 기능을 가지고 있으며, 이는 현재의 또는 최근의 채널 상황에 맞추어 사용되는 물리 계층 변조 기법을 적응적으로 선택할 수 있게 한다. º 한 노드가 2개의 프레임을 ACK 없이 연속적으로 전송할 경우에는 전송률이 다음 단계로 낮아진다. º 반대로 만약 10개의 프레임이 연속적으로 오류 없이 전송에 성공하거나 또는 지난번 전송률 저하 이후 일정 시간이 지났음을 타이머가 알리면 전송률이 다음 단계로 높아진다. - 이러한 전송률 적응 기법은 TCP 혼잡 제어 기법과 같은 "탐색" 철학을 공유한다. º 조건이 좋은 상태이면 무언가 "나쁜" 사건이 발생할 때까지 전송률을 높이고, 나쁜 일이 생기면 전송률을 줄이는 것
전력 제어 - 802.11 표준은 노드가 신호 감지와 송수신 기능 및 다른 필요한 기능을 수행하는 데 사용되는 시간을 최소한으로 줄일 수 있도록 전력 제어 방법을 제공 - 동작 방법 º 노드는 명시적으로 휴면 상태(sleep state)와 동작 상태(wake state)를 오가며 상태를 변화시킨다. º 노드는 802.11 프레임의 전력 제어 비트를 1로 세팅시킴으로써 AP에게 자신이 수면 모드로 돌입할 것임을 알린다. º 이때 노드 내의 타이머가 AP가 비컨 신호를 보내기 직전에 노드가 깨어날 수 있도록 설정한다. º AP는 전력 전송 비트를 통해 어떤 노드가 수면 상태로 돌입할 것이라는 것을 알므로 해당 노드로 프레임을 전송하지 않는 대신 수면 상태의 호스트에게 전송될 프레임을 나중의 전송을 위해 버퍼에 저장한다. º 수면 상태의 노드는 AP로부터 버컨 신호가 전송되기 직전에 깨어나 재빨리 완전한 동작 상태로 전환하는데, 이 전환은 불과 250 msec가 소요된다. º AP로부터 전송되는 비컨 신호에는 AP에 버퍼링되어 있는 프레임들을 전달받아야 할 노드 목록이 포함되어 있다. º 만약 깨어난 노드가 버퍼링 목록상에 없다면 그 노드는 다시 수면 상태로 들어갈 수 있다. º 그렇지 않다면 해당 노드는 AP에게 폴링(polling) 메시지를 전송함으로써 저장되어 있는 프레임의 전송을 요구하게 된다.
PAN: 블루투스와 지그비
- IEEE 802.11 WiFi 표준은 최대 100m 이내의 무선 장치 간의 통신을 지원하기 위한 것이다.
블루투스 - IEEE 802.15.1 네트워크는 저전력, 저비용으로 짧은 범위에서 동작 - 802.11은 고전력, 중간 범위, 고속 "접근(access)" 기술이지만, 802.15.1은 무선 키보드, 마우스, 주변장치 등을 연결하는 저전력, 작은 범위, 저속의 "케이블 대체(cable replacement)" 기술이다. → 이러한 이유로 802.15.1 네트워크는 WPAN(Wireless Personal Area Network)이라 불린다. - 802.15.1의 링크 및 물리 계층은 초기의 블루투스 관련 문서의 정의에 기반하고 있다. - 802.15.1 네트워크는 2.4 GHz의 비허가 무선 대역에서 625 msec의 시간 슬롯을 갖는 TDM 방식으로 동작한다. - 주파수 홉핑 방식 (frequency hopping spread spectrum, FHSS) º 슬롯당 채널 선택 방식은 난수에 의한 의사 무작위 추출(pseudo-random) 방식 º 시간에 맞춰 변화하는 주파수 스펙트럼으로 데이터 전송을 수행 - 802.15.1 네트워크는 애드 혹 네트워크며, 802.15.1 장치를 연결하기 위한 네트워크 인프라스트럭처가 필요 없다. → 따라서 802.15.1 장치는 스스로 연결을 형성해야 한다.
지그비 - IEEE 802.14.5 표준안이다 - 블루투스보다 더 저전력, 저속, 저사용률을 갖는 응용분야에 적합한 기술이다. - 온도 및 조명 센서, 보안 장비 등에 적합한 기술이다. - 지그비 네트워크의 노드들 구분 1. FFD (full-function device) : 마스터로서 다수의 슬레이브 장치들을 제어하며, 여러 개의 FFD들이 서로 간의 메시 형태 네트워크를 구성하고 프레임을 전송할 수 있다. 2. RFD (reduced-function device) : FFD의 제어를 받는다.
