무선 네트워크 기술 (IEEE 802.11, MAC) 2007-11-13 발표자 : 황세원.

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1 무선 네트워크 기술 (IEEE , MAC) 발표자 : 황세원

2 차례 목적 및 개발 배경 무선랜의 정의 주요 무선 네트워킹 IEEE 802.11 종류 및 특징 IEEE 802 무선 표준화
LAN의 구성요소 통신방식 MAC 발표자 : 황세원

3 목적 및 개발 배경 목적 및 개발 배경 Wireless LAN의 역사는 TCP/IP 기술이 그러하듯이 군(軍)에서 시작됐다. 제2차 세계대전 당시 연합군의 무선통신이 독일군에 의해 도청됨에 따라 보안성이 뛰어난 기술개발을 위해 미국방성에 의해 추진된 것이 모태가 되어 2차 대전이 종료된 후에 기술개발이 완료가 됐다. 이러한 군사용 기술이 민간업체로 이관된 것은 1985년이며, 이때의 기술은 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) 기술이었다. 이때부터 FHSS 기술을 이용한 2Mbps 속도의 WLAN 시스템이 상용화되기 시작했다. 이때부터 모든 통신기술의 표준을 관할하는 IEEE 802 위원회에 의해 WLAN 시장의 활성화를 위한 WLAN 표준 규격작업이 1992년에서 1997년까지 추진됐으며, 상용화를 위한 가격을 맞추기 위해 1999년 IEEE b의 WLAN 규격이 제정됐다. 발표자 : 황세원

4 Wireless LAN 정의 정의 - 기존의 유선이 아닌 무선 매체를 데이터 전달의 매개체로 이용하여 기존의 LAN이 제공하는 서비스를 제공해 주는 기술 LAN 유선 방식 LAN 무선 방식 LAN 발표자 : 황세원

5 주요 무선 네트워킹 발표자 : 황세원

6 IEEE 802 이란? IEEE 802 -무선을 이용하여 통신을 하기 위하여 IEEE위원회에 의해 제정 되어진 무선 랜 표준규격 이다. IEEE 802 위원회는 LAN 표준화를 위해 1980년 2월에 IEEE에 설치됐다. 개념 802는 위원회의 발족 시기 IEEE 802 Institute of Electrical and Electronics Engineers (전미전기전자통신기술인협회) 발표자 : 황세원

7 종류 및 특성 무선 LAN의 종류와 특성 무선랜의 종류 및 특성 구분 IEEE 802.11b IEEE 802.11g
DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)방식 : 반송파를 광대역 확산 신호로 직접 변조하여 주파수 대역을 확산 시키는 방식이고, 안정성과 전송 속도의 측면이 장점이다. 무선 LAN의 종류와 특성 구분 IEEE b IEEE g IEEE a IEEE n 주파수 2.4GHz 5GHz 2.4/5GHz 전송속도 11Mbps 54Mbps 100Mbps 전송방식 DSSS DSSS/OFDM OFDM 발표자 : 황세원

8 IEEE 802.11b IEEE 802.11(1997년6월)이 전송율에서 최고 2Mbps인 단점을 개선
1999년9월2.4GHz 주파수 대역을 사용하여 최대 11Mbps 전송율 802.11의 확장본 현재 상용 무선 LAN 대부분은 이 표준을 수용하고 있다. 발표자 : 황세원

9 802.11 b의 특징 주파수 : 2.4GHz 대역 - 3개의 22MHz 대역 (3개 채널 가능)
전송속도 : 최대 11Mbps로 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 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 발표자 : 황세원

10 IEEE 802 무선 표준화 IEEE 802 위원회 중 무선 표준화 관련 무선 표준화 IEEE 802.11 무선 LAN
일부 적외선 통신 IEEE 무선 PAN 블루투스, UWB, 지그비 IEEE 무선 MAN(BWA) 도시 광대역 네트워크(FWA) IEEE 무선 MAN(MBWA) 모바일 인터넷 (와이브로, 와이맥스) IEEE 핸드오프 다른 무선 네트워크 간의 핸드오버 발표자 : 황세원

11 IEEE 802 계열과 OSI모델과의 관계 관계도 802 개요 및 아키덱쳐 802.1 관리 802.2 논리 링트 제어(LLC)
데이터 링크 계층 LLC 부 계층 802.3 802.5 802.11 802.3 MAC 802.3 PHY 802.5 MAC 802.5 PHY MAC MAC 부 계층 802.11 FHSS PHY 802.11 DSSS PHY 802.11a OFDM PHY 802.11b HR/DSSS PHY 물리 계층 발표자 : 황세원

12 802.11 LAN의구성 요소 용어 분산 시스템 액세스 포인트 무선 매체 스테이션 2007-11-13 발표자 : 황세원
무선매체 분산 시스템 스테이션 액세스 포인트 분산 시스템 Access Points의 목적지에 프레임을 전달하는 데 사용되는 의 논리적 구조 액세스 포인트 네트워크의 프레임은 다른 네트워크로의 전달을 위하여 다른 형태의 프레임으로 변환되어야 하는데 액세스 포인트라고 부르는 기기가 무선 유선-브리징 기능을 수행한다. 무선 매체 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 프레임을 전송하기 위하여 무선 매체를 사용 스테이션 네트워크는 스테이션끼리 데이터를 전송하기 위해 만들어졌다. 스테이션은 무선 네트워크 인터페이스와 컴퓨팅하는 기기이다. 발표자 : 황세원

13 통신방식 통신방식 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) 방식
반송파를 광대역 확산 신호(Spreading Signal)로 직접 변조하여 주파수 대역을 확산 시키는 방식이고, 안전성과 전송 속도의 측면이 장점이다. FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum )방식 주파수를 고정하지 않고 시간에 따라 변화시켜 전송하는 방식이고, 송신측과 수신측에서 주파수 위치를 변화시키면서 통신하는 방식이다. 간섭과 보안에 있어서 우수하나 속도에 대한 제약이 있다. Infrared Light(적외선) 방식 발광 다이오드나 레이저와 같은 가시광선을 이용해 데이터를 전송하는 방식이고, 송신측과 수신측 사이에 장애물이 있으면 송신이 불가능하다. 발표자 : 황세원

14 Media Access Control 개요 - 무선LAN의 표준인 IEEE 에서의 "MAC 부계층"에서는 여러 상이한 물리계층 표준이 정의되어 있으며, 각각은 상위의 LCC부계층 에게 무선특성에 관련된 MAC 부계 층 서비스를 제공하게 된다. 발표자 : 황세원

15 M A C란? Media Access Control - 미디어 액세스 제어 의 약어 - 공통 데이터 전송 채널을 공유하는 각 네트워크의 노드가 데이터를 손실없이 효과적으로 송·수 신하기 위해 사용하는 방법 발표자 : 황세원

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, MSDU의 전달 분배 기능을 말함 - 결합(Association), 재결합(Re-association), 분리(Disassociation), 분배(Distribution), 통합(Integration) 발표자 : 황세원

17 MAC 계층의 주요기능 프레임화 - 프레임 경계의 결정과 프레임동기 주소 처리 - 발신처 주소, 수신처 주소의 부가와 식별
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 장해의 검출 등 발표자 : 황세원

18 주요 동작 형태의 구분 무선 매체에 대한 접근제어 - 무선매체 접근 2가지 모드 * CSMA/CA 모드(DCF) : 경쟁모드 * 우선순위 기반 접근 모드(PCF) : 비경쟁모드 - 네트워크에의 참가 * 스테이션이 최초로 전원이 켜지고 탐색/ 합류하는 과정 무선 LAN 표준인 에서 탐색(Scanning) 이라함 은 무선 스테이션이 무선 세계에 참여(Joining)하기 위해 호환가능한 무선 네트워크 (BSS)를 찾는 행위를 말한다. 최초로 무선 스테이션의 전원이 켜지면 대화상대인 다른 무선 스테이션(또는 AP) 와 인증 및 결합을 하기( 결합 및 인증)에 앞서 우선적으로 무선 네트워크인 BSS 또는 ESS 를 탐색(Scanning)하는 과정을 수행하게된다. 발표자 : 황세원

19 무선 랜 MAC의 기능 MAC의 기능 (1) DCF (Distributed Coordination Function)
     DCF는 무선 LAN 에서 여러 스테이션이 무선매체에 대해 동시에 경쟁적으로 접근할 때 생길 수 있는 충돌(Collision)을 방지하는 기능을 말하며, 이 조정기능을 메커니즘화 한 것이 CSMA/CA 방식이다. (2) PCF (Point Coordination Function)      PCF는 DCF 와 달리 무선 LAN에서 중앙 집중화된 WLAN MAC Sublaver 프로토콜을 말한다. 만일 서비스 집합 내에 액세스 포인트와 같은 내부 기반 요소들이 분명히 인지되면, 중앙 집중화된 MAC 프로토콜인 Point Coordination Function이 사용되어 충돌 에 자유로운(비경쟁모드, Contention-free) 매체 접근이 가능하다. ㅇ 결국, PCF에서는 DCF와는 달리 중앙의 AP에 조정 기능을 위치시켜 모든 스테이션에 대한 서비스를 직접 제어하는 중앙제어식 폴링 기능을 사용한다. PCF는 트래픽특성에 따른 차별화된 서비스는 지원하지 않아 널리 사용되지 않고 있다. 발표자 : 황세원

20 DCF 경쟁기반 서비스 DCF는 무선 매체 접근을 요구하는 모든 스테이션들에 대해서 하나의 FIFO(First In First Out) 전송 큐로서 동작한다. CSMA 프로토콜은 다른 스테이션에 의해 무선 매체가 사용되고 있는지를 먼저 감지하는데, 반송파 감지(Carrier Sensing)는 물리계층에서 무선 주파수의 에너지레벨을 감시하는 방법과 가상적으로 프레임 전송기간을 이용해 NAV(Network Allocation Vector)를 설정하는 방법이 있다. NAV는 현재 전송 세션의 남은 시간을 의미하며, 이를 통해 다른 스테이션이 전송 중인지를 결정한다. 발표자 : 황세원

21 IFS (Inter Frame Space)
개요 - 무선 LAN 에서 공기와 같이 공유되는 매체에 대해서 여러 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) 발표자 : 황세원

22 IFS (Inter Frame Space) cont.
SIFS 하나의 프레임 전송이 완료되고 ACK, CTS 프레임 등을 전송하기 전까지의 시간간격이며, IFS중에서 가장 높은 우선순위레벨을 제공한다. PIFS PCF로 동작할 때 다른 스테이션들 보다 우선적으로 매체 접근 권한을 얻기 위해 액세스 포인트에 의해 사용됨. PIFS는 SIFS + 슬롯타임에 의해 결정된다. DIFS DCF로 동작하는 모든 스테이션이 데이터와 관리 프레임을 전송할 때 사용한다. PCF기반 전송보다 낮은 우선순위의 전송이 되며, PIFS + 슬롯타임 값과 동일하다. EIFS DCF기반의 스테이션에서 프레임 전송에 에러가 있을 때 수신 스테이션에게 ACK프레임을 보낼 수 있는 충분한 시간을 주기 위해 사용한다. 발표자 : 황세원

23 CSMA/CA CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance) 표준에 명시 되어 있는 매체 접근 제어 프로토콜이다 표준에서 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 Detection이 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, 이때에는 충돌 감지 절차가 수행된다. 발표자 : 황세원

24 CSMA/CA를 이용 DCF 동작과정 동작과정 발표자 : 황세원

25 숨겨진 문제점 문제점 - 무선 LAN 환경에서는 숨겨진 스테이션이 있을 수 있다. 하나의 액세스 포인트와 프레임을 전송하는 두 개의 스테이션이 있을 때, 서로 직접 볼 수 없는 경우에는 서로에게 숨겨진 스테이션이 된다. DCF는 반 송파 감지를 이용해 동작하기 때문에 숨겨진 스테이션의 존재는 전송 시 충돌을 유발해 전체 네트워크의 성능을 상당히 떨어뜨린다. 스테이션 A C B 충돌유발 발표자 : 황세원

26 RTS/CTS 교환을 이용한 해결 RTS/CTS 교환
NAV(Network Allocation Vector)이란 무선랜 표준인 에서 무선매체가 사용중이라는 시간정보를 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. 무선매체를 사용하려는 무선노드는 사용 예상 시간을 NAV에 설정하게 된 다. 발표자 : 황세원

27 참고 자료 http://www.ktword.co.kr (한국통신) 802.11 무선 네트워크 구축 가이드 (한빛미디어)
무선 네트워크 구축 가이드 (한빛미디어) 발표자 : 황세원

28 - THE END - 이상 저희 조의 발표를 마치겠습니다. 감사합니다. 질문 있으신 분은 질문해주시기 바랍니다.
발표자 : 황세원