5. 네트워크 통신, OSI 참조 모델

1. 무선 네트워크

-무선LAN: 이동성과 편리성 극대화, 배선 없이 무선으로 네트워크를 사용 가능

전 세계적으로 인정된 주파수 대역을 사용하기 때문에 무선LAN카드는 어느 나라에서도 사용할 수 있다

 

-무선 인터넷 공유기: AP에 인터넷 공유 기능을 합친 것, 사용자 간의 인터넷 연결이 가능하다

인터넷 회선을 공유하면 가정에서도 사용할 수 있다

 현재 무선 LAN은 무선 주파수RF를 사용한다

 

무선 기술에서 전기적 신호는 증폭되어 안테나를 통해 전자기파 형태로 방사된다

방사된 전자기파는 공기로 이동하며 안테나에서 수집되어 전기적 신호로 변환된다

 

표준으로는 2.4GHz대역을 사용하는 802.11, 802.11a, 802.11b 등이 있다

 

2. 무선 LAN 표준

IEEE 802.11 표준: 무선 주파수나 적외선 전송을 사용할 수 있는 중간 크기의 LAN을 정의, BSS, ESS서비스가 있다

 

-BSS(기본 서비스 집합)

무선 LAN의 가장 기본적인 무선 망 구성 단위

특정 무선 AP에 연결된 다수 노드들이 있는 논리적인 네트워크 망

AP가 없는 BSS도 있으며 독립형 네트워크라고도 한다. 이런 네트워크는 데이터를 전송할 수 없는 애드혹 구조다

 

-ESS(확장 서비스 집합)

AP가 있는 여러 BSS와 DS가 모여서 하나의 ESS가 된다

유선 LAN이 되는 분산 시스템으로 AP를 연결한다

 

3. 무선 LAN의 규격

무선 랜은 IEEE 802.11 규격을 준수한다

미국 국가 표준을 개발하는 IEEE가 승인하고 있으며, 지금은 주로 802.11n이나 802.11ac를 사용한다

 

802.11: 2Mbps 속도를 지원한다. 2.4GHz 주파수를 사용하며 별로 쓰지 않는다

802.11a: 5GHz주파수를 사용하며 52Mbps 전송속도를 가진다. 이더넷처럼 CSMA/CD 방식을 쓴다. 지금은 쓰지 않는다

802.11b: WiFi라고도 한다. 최대 전송속도는 11Mbps, 이더넷처럼 CSMA/CD 방식이다

802.11g: 2.4GHz주파수를 사용하고 52Mpbs의 최대 전송 속도를 가진다. 802.11b와 호환성이 좋다

802.11n: 2.4GHz와 5GHz 주파수를 사용하며 요즘 많이 쓴다

 

 

4. 무선 랜 통신 방식

기본 단위는 여러 개의 노드로 구성된 BSS다

 

-애드혹 모드

컴퓨터에 무선 LAN카드를 장착하여 연결하며 일대일 통신이 기본이다

그냥 장착하기만 하면 되니까 네트워크 구성이 간단한 대신 외부 네트워크에 독립적이지 않다

 

-인프라스트럭처 모드

BSS사이를 연결하기 위해 BSS마다 AP를 사용한다

개방형 네트워크 프로토콜을 사용해서 서버 부하를 최소한으로 하여 노드 수가 증가해도 문제없다

중앙 집중식이라서 애드혹 모드보다 빠르고 효과적이다

 

 

5. 매체 접근 제어 방식

이더넷에서 사용하는 CSMA/CD를 무선 LAN에 사용하면 숨겨진 터미널 문제를 해결할 수가 없다

*숨겨진 터미널 문제: A가 데이터 전송할 때 그걸 모르는 B도 데이터를 전송해서 충돌이 나서 채널이 낭비되는 문제

왜 모르냐? A의 신호 범위에 B가 해당하지 않기 때문에 A가 송신하고 있는지를 알 수가 없음

숨겨진 터미널 문제 해결1 - 802.11에서 쓰는 방식

RTS와 CTS 제어 프레임으로 채널 사용을 미리 예약하고 전송한다

 

-RTS 프레임 역할: 송신 측이 전송을 위해 무선 링크를 예약하는 것, 무선 링크를 듣고 있는 모든 노드에게 지금부터 송신 하지 말라고 명령함, 일종의 예약을 한다고 보면 된다

-CTS 프레임 역할: 수신 측이 무선 링크를 듣고 있는 다른 모든 노드에게 지금부터 송신하지 말라고 하는 것

 

송신 측에서 데이터를 전송할 때 먼저 AP로 필요한 총 시간을 담은 RTS프레임을 보낸다

그러면 AP는 CTS프레임을 브로드캐스팅하여 응답한다

즉 CTS 프레임은 범위 내에 있는 A와 B를 포함한 모든 스테이션에 전달 되고,

CTS 프레임을 받은 B는 CTS 프레임의 시간만큼 전송 대기한다

 

숨겨진 터미널 문제 해결2 - CSMA/CA

무선 LAN은 공기 중 전송매체라서 유선 LAN과 달리 충돌 검출이 힘들다

그래서 무선LAN을 위한 액세스 프로토콜 CSMA/CA 개발했다

CSMA/CA는 신호 말고 다른 호스트가 데이터를 송신 중인지 그 자체를 확인하고, 송신 중이라면 랜덤 대기하고 전송한다 (CSMA/CD는 일단 전송 후 충돌이 나면 랜덤 대기함)

 

다음과 같은 충돌 회피 방법을 쓴다

-IFS(프레임 간 간격): 공유 무선매체에 여러 무선 단말이 동시 접근 시 일정 시간 대기 후 데이터 송출

-Contention Window(경쟁 윈도우): 공유 매체가 사용가능함을 안 이후에 일정시간(IFS)이 지나고, 데이터를 보낼 단말의 순서를 정하기 위해 슬롯 단위로 임의 대기하는 것

대기가 끝났다고 그냥 보낼 수 있게 되는 게 아니라 순서대로 가야 하기 때문임

 

-CSMA/CA 작동방식

데이터를 송신하기 전에 무선 매체를 보고 회선이 비어있으면(반송파 감지)

정해진 시간 대기(IFS)

경쟁 윈도우 후에 전송매체가 미사용으로 판단한 경우 전송

전송 후 ACK 메시지 수신으로 정상 전달되었는지 확인

 

6. OSI 참조 모델

계층화: 프로토콜을 몇 개의 계층으로 나누는 것

OSI모델: 통신기능을 7계층으로 분류하여 각 계층마다 프로토콜을 규정한 규격

네트워크끼리 유연/안전/원활한 상호 작용을 하기 위한 국제 표준이며, 하드웨어나 소프트웨어의 논리적인 변경 없이 시스템 간의 통신을 하기 위해 만들어졌다

 

7계층: 응용-서비스

6계층: 표현-데이터 변환

5계층: 세션-통신 방식 결정

4계층: 전송-통신 구현

3계층: 네트워크-통신을 위한 경로 설정

2계층: 데이터 링크-네트워크 기기 간 물리 주소 결정

1계층: 물리-시스템 간 물리적 연결, 전기 신호 제어

 

송신 측은 상위계층->하위계층 순서로 캡슐화 하고

수신 측은 하위->상위 순서로 역캡슐화 하여 받음

 

 

연습 문제

 1) 무선LAN의 통식 방식을 설명하세요

애드혹 모드: 컴퓨터에 무선 LAN카드를 장착하여 연결하며 일대일 통신이 기본이다

인프라스트럭처 모드: BSS사이를 연결하기 위해 BSS마다 AP를 사용한다. 중앙 집중식이라서 애드혹 모드보다 빠르고 효과적이다

 

 2) CSMA/CA에 대해 설명하세요

무선 LAN은 공기 중 전송매체라서 유선 LAN과 달리 충돌 검출이 힘들다

신호 충돌 검출이 힘드니까 유선 LAN에서 썼던 CSMA/CD는 일단 보내고 충돌 나면 랜덤 대기하는데, 그렇게 하지 못한다.

그래서 신호 말고 다른 호스트가 데이터를 송신 중인지 그 자체를 확인하고, 송신 중이라면 랜덤 대기하고 전송하는 방식이 개발 되었고 이게 CSMA/CA다

 

 3) OSI 7계층이 무엇이고, 왜 필요한지 설명하세요

통신기능을 7계층으로 분류하여 각 계층마다 프로토콜을 규정한 규격

네트워크끼리 유연/안전/원활한 상호 작용을 하기 위한 국제 표준이며, 하드웨어나 소프트웨어의 논리적인 변경 없이 시스템 간의 통신을 하기 위해 만들어졌다