* 무선 네트워크의 종류
1) Infrastructure 기반 무선 네트워크
- 베이스스테이션(Base Station, Access Point(AP))가 존재한다.
- 각각의 AP까지는 802.3(Ethernet)을 이용하여 유선으로 연결을 한 후, AP와 Device사이의 통신을 무선으로 하는 방식
- 특징상 Single Hop으로 인터넷에 접속이 가능하다.
2) Ad hoc 기반 무선 네트워크
- 베이스스테이션이 존재하지 않는다.
- 각각의 Device들이 라우터 역할을 하여, 유동적으로 각 Device를 연결한다.
- Device와 Device가 연결 되있으며, 이 Device들 중에서 하나 이상의 Device AP와 연결되어 있는 방식
- 이러한 특징상 Multiple Hop으로 인터넷에 접속이 가능하다.
- Ad hoc에서 생각해줘야 할 문제점
> "Non-mobile" vs "Mobile"
> 단말이 사라졌다면, 어떻게 처리 해줄 것인가?
> mobile방식일 경우 단말이 추가되고 삭제되는 것을 어떻게 추적할 것인가?
- Ad hoc 방식이 실현된다면 AP의 개수의 절감을 볼 수 있을 것이다.
※ Single Hop vs Multiple Hop
> Single Hop : Single Hop은 Device에서 인터넷에 접속하기까지 1Hop(1번의 라우팅)만 필요한 경우를 일 컷는다.
이 경우에는 Device에서 AP가 직접적으로 무선으로 연결되있으며,
AP에서의 라우팅을 통해서 정보를 송수신한다. Infrastructure 기분 무선 네트워크가 이에 해당한다.
> Multiple Hop : Multiple Hop은 Device에서 인터넷에 접속하기까지 1번을 초과하는 Hop이 필요한 경우를 일 컷는다.
이 경우에는 Device가 라우터 역할을 하여, 인터넷에 접속하기 위한 경로를 실시간으로 지속 파악을 한다.
* 무선 네트워크의 특징
1) 유선 링크와의 차이점
- 신호의 강도 감쇠(감소) : 신호가 전파되면서 강도가 약해진다. 파동의 성질로 인해여 거리^2에 반비례한다.
- 신호는 공기에 떠 다니는 것으로 다양한 간섭을 받는다.
- 전파의 특징상 목적지(AP)까지 도달하는데 도달하는 경로가 다양하게 도달한다.
> 이에 따라, 도착하는 전파는 항상 일정하지 않다.
2) 신호의 세기와 오류율
- 신호의 세기는 SNR(signal-to-noise ratio), 오류율은 BER(Bit error rate)로 약자를 사용한다.
- 전력이 증가하면, SNR수치가 증가하며, 오류율은 떨어진다. 따라서, 에러를 줄이기 위해서 강한 신호로 송신을 한다.
3) Hidden terminal problem
- 위 상황은 a와 b가 서로 통신하고 b와 c가 서로 통신을 하는 중인 모습이다.
a와 c는 전파의 감쇠로 인해 서로 통신이 불가능한 상태이다.
- a가 b로, c가 b로 동시에 데이터를 전송하여, 동시에 b에 도착한다면, 충돌이 발생하여 b는 정확한 데이터를
받지 못하며, a와 c로 이에 관련된 메세지를 보내준다. 하지만, a와 c는 직접적으로 서로 정보를 교환할 방법이 없기 때문에
(상태를 파악 불가) 지속적으로 전송을 실행 할 것이다. 이렇게 발생하는 문제를 Hidden terminal problem이라고 한다.
4) 주파수 문제
- 무선 통신에서 주파수는 정보를 전달하는 선로의 역할을 한다.
- 무선 통신을 위해서는 고유 주파수를 확보해야 한다.
- 주파수는 공공재로 개인이 임의로 사용할 수 없다. 세계적으로 통신을 위해 개방된 주파수의 수는 극히 제한 되있다.
(위성, TV, 해상 통신등 이전부터 사용되고 있던 주파수등에 의해서 무선 통신을 위한 주파수는 부족하다.)
(ISM(Industrial, scientific, medical)의 용도로서 개방해논, 비인가 주파수 대역이 존재)
※ 통신 주파수에 한계가 있는 이유
> 저주파일 수록 회절이 잘 발생하여, 장애물이 있어도 전달이 잘 된다.
> 고주파일 수록 회절이 되지 않고, 직진하는 경향을 보인다. 300GHz 이상의 고주파는 통신으로 부적합하다고 판단한다.
> 저주파의 한계로는 3KHz ~ 4KHz로 잡는데, 이는 사람의 목소리에 해당한다.
> 따라서 통신으로써는 3KHz ~ 300GHz로 제한이 되있고 할 수 있다.
* 802.11 무선 LAN("Wi-fi")
- 무선 LAN을 연결하기 위해서 위에서 알아본 문제와 추가로 몇 개의 문제를 해결해야한다. (주파수? 코딩? MAC?)
1) 구조
- 802.11 무선 LAN의 구조는 Ethernet으로 구성된 AP를 사용하는, Infrastructure구조이다.
- BSS(Basic Service Set) : 하나의 AP에서 통신이 가능한 범위를 묶어 하나의 BSS라고 한다.
2) 채널
- 2.4GHz ~ 2.485Ghz의 주파수 스펙트럼을 11개의 체널로 나눠서 사용한다.(802.11b의 경우)
- 이웃하는 AP가 동일한 채널을 사용할 경우 신호 간섭이 발생한다.
(이는 인접한 나라를 다른 색갈로 칠해야 하는 문제의 알고리즘으로 해결이 가능하다.)
3) AP와 Device의 연결
- 현재, 무선 네트워크 특징상 mobile방식이므로, DHCP방식으로 연결을 실시한다.(자동할당)
- AP와 Device의 연결방식에는 수동적인 방법과 능동적인 방법이 존재한다.
> 수동적 연결 : Device는 주변 AP가 보내는 신호(Beacon frames)를 기다린 후,
신호가 가장 센 AP를 선택하여 Request Frame을 보낸다.
Device로부터 정보를 받은 AP는 Device에게 Association Response frame을 전송하여 서로 연결을 한다.
> 능동적 연결 : Device는 무선 네트워크가 켜짐과 동시에 주변에 Probe Request frame을 보낸다.
메세지를 받은 AP들은 Device에게 Probe Response frame을 보낸다.
Device는 받은 frame들 중 신호가 가장 센 AP를 찾아서, Association Request frame을 전송한다.
메세지를 받은 AP는 Device에게 Association Response frame을 전송하여 연결을 한다.
4) MAC
- 802.3(Ethernet/유선랜)의 경우에는 CSMA/CD(Collision detection)방식을 사용한다.
> Collision이 발생할 경우 Voltage값이 변경되어 이를 이용하여 충돌 여부를 판단이 가능하다.
> 무선 랜의 경우에는 Collision 발생 여부를 판단이 불가능하다.
> 신호의 감쇠가 심하게 일어나면, 신호 자체를 데이터로 파난하지 않고 무시하기 때문에 잘못된 데이터를 받기도 힘들다.
> Hidden terminal 문제를 해결할 수 없다.
> 위와 같은 여러 가지 이유로 802.11에서는 CSMA/CD방식을 사용하지 않는다.
- 802.11의 경우는 CSMA/CA(Collision Avoidance)방식을 사용한다.
- 데이터 전송 frame
※ CSMA/CA
- 데이터 전송을 하기전에 미리 채널이 사용되고 있는지를 확인한다. 아무도 사용하지 않은 상태면 채널을 예약한다.
1) Device는 Request-to-send(RTS) 패킷을 AP로 전송을 한다.
> RTS는 매우 짧은 길이의 패킷으로 충돌이 일어날 확률이 매우 적다.
> RTS가 충돌할 경우에는 CTS가 오지 않기 때문에, CTS를 일정시간 기다린 후 재전송을 실시한다.
2) AP는 RTS에 대한 응답을 clear-to-send(CTS) 패킷을 만들어 자신에게 접속한 모든 Device에게 Broadcast한다.
3) AP에 연결된 모든 Device는 CTS를 받는다. CTS를 받은 Device들은 자신이 보내는 입장이 아니면,
일정시간 전송을 연기를 한다.(NAV 타이머 작동)
> NAV 타이머의 기다리는 시간의 양 : 정보 전송에 필요한 시간을 RTS에 포함시켜 보내면, AP가 CTS에 적어서 보내준다.
이 시간 만큼 대기를 하면된다.