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무선 LAN(IEEE802.11) Wi-Fi - 물리 계층

조금씩 차근차근 2025. 4. 13. 14:54

본 게시글은 그림으로 공부하는 TCP/IP 구조 도서를 참고하였습니다.

이번엔 무선 랜 프로토콜인, IEEE802.11에 대해 알아보자.

IEEE802.11 과 Wi-Fi의 관계

Wi-Fi는 이더넷처럼 하나의 프로토콜로 착각하기 쉽지만, 엄밀히 말하자면 둘은 서로 다르다.

IEEE802.11

  • IEEE802의 11번째 working group에서 개발된 표준 기술을 의미한다.
  • 무선 LAN의 표준 프로토콜 기술을 정의한다.

Wi-Fi

  • Wi-Fi Alliance: 무선 LAN을 보급하기 위한 목적으로 설립된 미국 단체
  • 해당 단체가 수행하는 상호 연결 설정을 의미한다.

IEEE802.11 프로토콜의 종류. 최신일수록 성능이 좋다.

주파수 대역

  • 무선 랜은 크게 두가지 주파수 대역 중 하나를 사용한다.
    • 2.4GHz 대역
    • 5GHz 대역
    • 해당 대역폭을, "채널"이라는 형태로 나누어 사용한다.

2.4GHz 대역

2.4GHz 대역의 구조.

  • ISM 밴드라고도 불린다.
    • Industry Science and Medical
    • 공장, 과학, 의료 등을 목적으로 확보된 주파수 대역
  • 무선 LAN 뿐만 아니라, 다른 곳에서도 많이 사용된다.
    • 전자레인지
    • 블루투스
    • 아마추어 무선 등
  • 무선 LAN에서는 해당 주파수 대역을 20MHz씩 13개로 나누어 사용한다.
  • 하지만, 각 채널의 주파수 대역이 미묘하게 겹치기 때문에, 보통 동시에 3개의 채널까지만 사용 가능하다.
    • ex) 1ch, 6ch, 11ch

장점

  • 전파 특성 상 장애물에 강하다.

단점

  • 일상생활에서 전파 간섭을 일으키는 경우가 많아, 패킷이 소실되는 환경에 들어갈 가능성이 높다.
    • 전자레인지에 의한 간섭
    • 아마추어 무선에 의한 간섭

5GHz 대역

5GHz의 구조.

  • 이 안에서, 또 3개의 주파수 대역으로 나뉜다.
    • W52 - 20MHz씩 4개 채널
    • W53 - 20MHz씩 4개 채널
    • W56 - 20MHz씩 11개 채널
  • 각 채널은 완전히 다른 파장을 사용하기 때문에, 19개 채널을 모두 동시에 사용할 수 있다.
    • 겹치는 영역이 없다.

W52

  • 옥외 사용 불가능

W53

  • 옥외 사용 불가능
  • DFS(Dynamic Frequency Selection) 기능을 구현해야 함

W56

  • 옥외 사용 가능
  • DFS(Dynamic Frequency Selection) 기능을 구현해야 함

2.4GHz, 5GHz 두 대역의 선택 기준은?

  • 요새는 5GHz가 선호된다.
  • 많은 채널을 동시에 사용할 수 있기 때문.

무선 랜을 위한 액세스 포인트 배치 방법

적절한 액세스 포인트 배치 방법을 이해하기 위해선, 셀 개념을 이해해야 한다.

셀

  • 하나의 액세스 포인트가 클라이언트의 통신을 커버할 수 있는 범위
  • 셀의 형태와 크기는 다양한 변수에 따라 달라진다.
    • 안테나의 형태
    • 사용하는 주파수 대역
    • 전파 출력의 크기 등

  • 액세스 포인트에 가까울수록 전송 속도가 빠르다.
  • 따라서, 액세스 포인트 배치는, 채널과 셀을 조합해서 틈이 생기지 않도록 메꿔야 한다.

변조

변조란?

  • 0과 1로 구성된 디지털 데이터를 아날로그 전파로 변환하는 것을 의미한다.
  • 일반적으로, 한번에 목적에 맞게 변조하지 않고, 목적에 따라 나눠서 변조한다.

1차 변조

  • 데이터를 전파로 보낼 수 있게 바꾸는 것을 의미한다.
  • 프로토콜의 전송 속도와 관계가 있다.

2차 변조

  • 전파가 노이즈에 강해지도록 바꾸는 것을 의미한다.
  • 2차 변조 방식과 주파수 대역의 조합이 무선 LAN 프로토콜을 결정한다.

변조가 진행되는 과정.

무선 LAN의 통신 방식

  • 무선 LAN은 기본적으로 "반이중화 통신"으로 동작한다.

CSMA/CA

  • 무선 랜의 충돌을 피하기 위한 알고리즘
  • Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance

유선랜 반이중 통신 - CSMA/CD 와의 차이

  • Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
    • 충돌 감지 -> 충돌되면 복구
  • Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
    • 충돌 회피 -> 충돌하기 전에 정리

CSMA/CA 알고리즘

  • DIFS
    • 다른 단말이 전파를 사용하고 있지 않은지 확인하는 시간을 의미한다.
  • 백오프
    • 전송할 사람을 결정하기 위한 무작위 대기 시간을 의미한다.
    • 가장 빠른 무작위 대기시간을 가진 기기가 전송 우선권을 가지게 된다.
  • SIFS
    • "프레임을 받았습니다"라는 의미의 확인 응답 프레임을 전송하기 위한 대기 시간을 의미한다.
    • 무작위가 아니다.
    • 프로토콜/주파수 대역에 따라 달라진다.