데이터 통신 #11

LAN2

1. 무선 LAN1 - 무선 이더넷
2. 무선 LAN2 - 블루투스

무선 LAN - 무선 이더넷

- IEEE  802.11 프로젝트
- 일부 국가에서는 WiFi(Wireless Fidelity)를 무선 LAN을 부르는 용어로 사용하지만, WiFi는 WiFi Alliance에서 인증한 무선 LAN이다.

1. 구조

   

   • BSS(Basic Service Set) : 기본 서비스 집합
   • 고정/이동하는 무선국과 접근점(AP : Access Point)로 구성
   • AP가 없는 경우 ad hoc Network라고 부름
   • AP가 있으면 기반구조 BSS(Infrastructure BSS)라고 부름
     
     

   

   • ESS(Extended Service Set) : 확장 서비스 집합
   • AP를 가진 2개 이상의 BSS 집합
   • 분산 시스템(Distribution system)이 BSS의 AP를 연결함
     
     

2. MAC 부계층

   

   • DCF(분산 조정 함수) 와 PCF(점 조정 함수) 라는 2개의 MAC 부계층을 정의
   • 위 그림은 LLC – MAC(DCF,PCF) – 물리층으로 이어지는 관계를 보여준다.
   • Physical layer : 물리층 / LLC : 데이터 링크 층의 두 층 중 하나
     
     

3. MAC 부계층 - DCF

   

   • 발신지는 프레임을 보내기 전에 ‘반송 주파수 에너지 레벨 검사’ (CSMA)를 통해 매체를 감시
   • 채널이 사용되지 않는다는 것을 알면, 분산 프레임 간격(DIFS)라는 시간을 대기 후, RTS 제어 프레임을 전송
   • 목적지 지국은 RTS를 수신한 후, 단순 프레임 간격(SIFS)을 대기, CTS 제어 프레임을 발신지 지국에 전송, CTS는 자신이 데이터 수신 준비가 되었음을 알림
   • 발신지는 SIFS만큼 대기 후 데이터 전송
   • 수신지는 데이터를 다 수신받은 후 ACK 신호를 전송
   • 숨겨진 지국 문제 : 어떤 지국이 아무런 징조없이 CTS만 받는다면, 채널에 숨겨진 지국이 있다고 판단해 CTS에 담긴 전달 시간으로 전송 시간이 끝날 때 까지 대기한다.
     
     

4. MAC 부계층 - PCF

   

   • 기반 구조 네트워크(BSS)에서만 구현되어있는 ‘선택적 접근’ 방법이다
   • DCF 상위에 구현되어 있고 DCF보다 우선권을 갖는다.
   • 시간에 민감한 전송에 사용된다.
   • 중앙 집중적, 경쟁없는 폴링 접근 방법을 사용
   • DCF보다 우선권을 얻기 위해 PIFS라는 프레임 간격을 정의
   • DCF만을 사용하는 지국은 PCF에 의해 접근 권리가 아예 박탈 당할 수 있기 때문에 반복 구간(repetition interval)을 설계하였고, 반복 구간은 ‘비콘 프레임’ 이라는 특별한 제어 프레임으로 시작된다.
   • 지국은 비콘 프레임을 감지하면 경쟁 없는 시간을 위해 NAV를 시작한다.
   • 반복 구간 중에, 점 제어자(Point Controller)는 폴 프레임 전송, 데이터 수신, ACK송수신 등의 작업을 수행함 (802.11은 피기배킹을 함)
   • Contention-free 구간이 끝나면 PC에서 경쟁 없는 기간이 끝났다는 CF 종료 프레임을 송신하고, 경쟁 기반 지국이 매체를 사용할 수 있게 해준다.
     
     
5. 네트워크 할당 벡터(NAV : Network allocation vector)
   • 무선 LAN의 MAC 부계층에서 이루어지는 충돌 회피의 핵심 기능
   • 발신지의 RTS에는 채널 점유 시간 정보를 포함하는데, 이 RTS에 영향을 받는 지국은 ‘NAV’ 라는 타이머를 만든다.
   • NAV는 다른 지국이 채널이 사용 중인지 확인하기 전에 대기해야 되는 시간이다.
   • 따라서 각 지국은 매체 감지를 하기 전에 NAV 타이머가 끝났는지 확인한다.
     
     
6. 핸드 셰이킹 동안의 충돌
   • 핸드셰이킹 주기 : RTS나 CTS 제어 프레임이 전달되는 시간
   • 핸드셰이킹 동안의 충돌 : RTS나 CTS 제어 프레임이 전달되는 시간 동안의 충돌
   • 2 지국이 동시에 RTS를 송신했다고 하자. 이 두 지국은 NAV 타이머가 끝났다고 생각하고 매체를 감지했는데 매체가 비어있었기 때문에 동시에 RTS를 송신하는 것이다.
   • 이 2개의 RTS는 서로 충돌한다. 하지만 충돌을 감시할 수 있는 수단이 없다.
   • 송신자는 충돌은 감지하지 못했지만 CTS를 받지 못한다. ( 충돌로 RTS가 사라졌기 때문 )
   • 송신자는 CTS를 받지 못함으로써 충돌이 발생했다고 판단 back-off 전략을 수행하고 재전송을 시도한다.
     
     

7. MAC 계층 - 프레임 형식

   

   • FC (Frame Control) : 제어 프레임
   • D (기간) : NAV 값 설정 시 사용되는 전송 기간
   • Adr1,2,3,4 : 주소, 프레임 유형과 상황에 따라 각각 다른 주소가 배정된다.
   • SC (Sequence control ) : 순서 제어, 단편 번호가 정의됨
   • Fram body : 본문, 정의된 정보
   • FCS : 오류 검출 순서값
     
     

8. MAC 계층 - 프레임 유형

   

   • 관리 프레임 : 지국과 AP 초기 통신에 사용됨
   • 제어 프레임 : 채널에 접근할 때와 확인 응답 프레임을 위해 사용되는 프레임, 제어 프레임의 유형(Type) 값은 01이고 Subtype 값은 RTS, CTS, ACK 에 따라 아래 그림 같이 설정된다.
   • 데이터 프레임 : 데이터 및 제어 정보 전송

   
   
   

9. 주소 체계와 주소 지정 메커니즘

   

   • 그림의 CASE 1,2,3,4와 표1-4줄이 매칭된다.
   • Case 1 : A와 B가 같은 BSS안에 존재한다면, AP 주소를 기입할 필요 없이 BSS-ID 번호만 적어서 전송한다.
   • A가 다른 BSS에 속한 B에게 데이터를 전송할 때 A - A의 AP - B의 AP - B 순서로 전송된다.
   • Case2는 B의 AP - B 의 전송, Case3는 A - A의 AP 전송, Case4 는 A의 AP - B의 AP 전송을 나타낸다.
     
     

10. 노출된 지국 문제

    

    • 숨겨진 지국 문제 : 아무런 전조없이 CTS만 받는다면 누군가 데이터를 전송하거나 수신받는 중이라고 판단해 전송 시간만큼 대기하는 것
    • 노출된 지국 문제 : A-B의 통신은 C-D 통신간에 충돌을 일으키지 않기 때문에 C는 D에게 전송을 해도 된다. 하지만 A의 RTS를 받은 C는 D에게 전송을 하지 않는다. 이런 문제를 노출된 지국 문제라고 한다.
      
      

11. 물리층

    

    • FHSS : 주파수 도약 대역 확산, 대역폭을 79개의 부대역폭으로 나눈다. 이후 의사 난수를 생성해 도약 순서를 선택한다. 슬롯마다 다른 주파수를 랜덤으로 선택해서 해당 주파수로 전송한다.
    • DSSS : 직접 순서 대역 확산
    • Infrared : 적외선 파장
    • FHSS, DSSS, Infrared 의 자세한 구현이나 작동 원리는 다루지 않는다.
      
      

무선 LAN - 블루투스

- IEEE 802.15 프로젝트
- 서로 짧은 거리, 서로 다른 기능을 가진 장치를 연결
- Ad hoc 네트워크 사용, 피코넷이라는 네트워크 생성

1. 피코넷(Piconet)

   

   • 1개의 주국과 최대 7개의 종국
   • 모든 종국은 클락과 도약 주파수를 종국과 동기화함
   • 머무르는 상태 – 동기화는 되었지만 통신 참여는 안되는 상태
   • 활성화 상태 – 동기화와 통신이 둘 다 되는 상태
   • 스캐터넷 : 피코넷의 하나의 종국이 다른 피코넷의 주국이 되는 형태
     
     

2. 블루투스 계층

   

   • L2CAP – 논리 링크 제어 및 적응 프로토콜, LAN에서 LLC 부계층과 유사한 기능을 담당
   • ACL – 링크에서 데이터를 교환하는 데 사용됨
   • 다중화 – 분할, 재조립, 그룹관리, 서비스 품질 관리
     
     
3. 기저대역 계층
   • LAN의 MAC 계층과 유사
   • TDD-TDMA 접근 방식 : 종국에서 반이중 양방향 통신의 한 종류로 수신자가 데이터를 송수신 할 수 있지만 동시(전이중)에 이루어지지 못한다.
   • 주국과 종국은 서로 시간 틈새(time slot)을 이용해 통신한다. 시간 틈새의 길이는 정확하게 유지시간인 625us이다.
   • 종국과 종국은 통신 불가. 반드시 주국을 거쳐서 통신해야 한다.
     
     

4. 피코넷의 통신

   

   • 단일 종국 통신 – 시간을 625us로 나누어 주국은 짝수 틈새, 종국은 홀수 틈새를 사용하는 방식 (왼쪽)
   • 다중 종국 통신 – 피코넷에 하나 이상의 종국이 존재할 경우의 통신, 한 종국이 이전 틈새에 주국이 보낸 패킷에 의해 ‘통신 가능함이 지정’되면 종국이 다음 틈새에 전송하는 방식 (오른쪽)
   • 무선 계층 (Radio Layer) : 적은 전력 사용, 10m 반경 범위, 79개의 채널 2.4GHz ISM 대역 사용, 채널당 1MHz 할당
   • FHSS – 다른 장치나 네트워크로부터 간섭을 피하기 위해 약 초당 1600번의 도약 사용