[Data Communication] WiFi
WIFI
WIFI 라고 부르는 무선 연결 기술은 IEEE 802.11 기술에 근거한 "인증" 입니다. 즉, IEEE 802.11 를 기본으로 여러 기업, 단체가 모여 만든 인증단체입니다. 그래서 WiFi 로고가 있으면, 802.11 표준에 호환된다라고 알 수 있습니다.
WIFI 를 사용하는 타겟은 정해져있습니다. 아주 작은 사무실이나, 가정에서 사용합니다.
주파수는 공공재이기 때문에, 이용하기 위해서는 국가에서 허가를 받아야합니다. 하지만 WiFi 에서 사용하는 주파수인 2.4GHz 나 5GHz 같은 경우에는, 별도의 허가가 없어도 사용할 수 있도록 허용되어 있습니다.
하지만, 아무리 허용된 주파수라도 파워를 아주 크게하면, 아주 먼 곳까지 도달가능합니다. 이런 이유로 파워와 거리에 제한을 둡니다. (거리는 line of sight. 하지만 보통은 약 100m)
또 WiFi 는 표준 프로토콜을 사용합니다. 기본적으로 IEEE 802.11 에, 추가적으로 이더넷(IEEE 802.3)과 호환이 되도록 설계되어 있습니다.
WiFi 네트워크 구성방법
가정에서 흔히 사용하는 WiFi 네트워크는 위 그림의 Infrastructure Network 방식으로 구성되어 있습니다. Access Point 에 유선으로 WAN (ex. Internet) 과 연결되어 있고, Access Point 와 End Point 가 무선으로 연결되어 있습니다.
Access Point 없이 Ad hoc Network 을 구성해서 사용할 수도 있습니다. Access Point 없이 긴급하게 End Point 간 직접 연결을 해서 네트워크를 구성합니다. 아이폰에서 아이패드로 Airdrop 을 할 때, 이러한 방식을 사용합니다.
즉, WiFi 네트워크를 구성하는 방법에는 두가지가 있습니다.
- Access Point 를 이용하거나
- Access Point 없이, Ad hoc Network 구성
WiFi (IEEE 802.11) 네트워크의 Physical Layer 에서의 동작
2.4GHz 주파수를 사용하는 802.11 무선 네트워크의 Physical Layer 는 다음과 같이 주파수 band 를 분할하여 사용합니다.
WiFi 는 IEEE 802.11 을 기반으로 무선랜의 규약을 만들어 인증해주는 단체라고 하였습니다. 이 WiFi 인증을 받은 무선 네트워크 기기들은 다음과 같은 인증 프로토콜을 지닙니다.
WiFi 는 802.11 을 기반으로 하므로, 당연히 MAC 으로 CSMA/CA, RTS/CTS, NAV 를 사용합니다.
또, 실제 데이터 전송이 이루어질 때는 다음과 같이 프레임을 생성하여 데이터를 송수신합니다.
IEEE 802.11 Frame
우리가 이전에 다뤘던 프레임인 이더넷 프로토콜에서의 프레임과는 좀 다르게 생겼습니다.
먼저, IEEE 802.11 Frame 에는 Address Field 가 4개가 존재합니다.
그리고 FC 필드안에 어떤 타입의 프레임인지 나타나있습니다. (데이터를 보내는 것 말고도, RTS/CTS 등이 존재합니다.)
Wireshark 툴로 무선랜의 패킷을 Capture 해보면, Ethernet Frame 형태로 보이지만, 실제 무선랜에서 통신할 때는 IEEE 802.11 Frame 형태로 송수신이 이루어집니다. Wireshark 로 봤을 때는 Ethernet Frame 형태로 번역되어 보일 뿐입니다.
FCS 는 Frame Check Sequence 를 의미하며, CRC와 유사합니다.
IEEE 802.11 Frame 에서는 Address Field 가 4개라고 하였습니다. 이에 대해서 조금 더 자세히 살펴봅시다.
IEEE 802.11 Frame 의 Address Field 에 Case1 의 경우, Destination 의 MAC Addr. 과 Source 의 MAC Addr. 그리고 Independent Basic Service Set 의 ID 가 들어있습니다.
BSS ID 란, 쉽게 말해 AP 의 MAC Addr. 입니다. Ad hoc Network 와 같이 AP 가 없는 경우, 임의 숫자 생성기에 의해 임의 부여된다고 합니다.
WiFi (IEEE 802.11) 의 신호간섭 문제
WiFi 와 같은 무선 연결은 주파수라는 Media 를 통해 통신합니다. 주파수는 간섭이 발생할 수 있고, 간섭이 발생한다면 데이터 전송의 신뢰성과 속도가 저하될 것임을 예상할 수 있습니다.
이를 최소화하고 최적의 환경을 제공하기 위해서 우리는 채널을 효율적으로 구성해야합니다.
WiFi 기술의 응용 (단순 데이터 송수신을 넘어서)
