14. Wireless LAN

IEEE 802.11

• 무선랜
  예) 와이파이

• 구조
  • Basic Service Set (BSS)
  • Extended Service Set (ESS)

• 스테이션 타입
  • No-transition mobility
    : 고정이거나 BSS 내부에서만 이동 가능
  • BSS-transition mobility
    : 어떤 BSS에서 다른 하나의 ESS로만 국한되어 이동 가능
  • ESS-transition mobility
    : ESS에서 다른 ESS로 이동 가능
    

---

Basic Service Set (BSS)

• 고정(stationary) 또는 이동(mobile) 무선 지국들로 구성

• AP (Access Point)라고 불리는 중앙 기지국이 있을 수도 있음

  • AP가 없는 BSS
    
    • Ad hoc 네트워크라고 부름
    • 인위적으로 만든 임시 네트워크, 이동성 지원
    • 독립형 → 다른 BSS와 통신 불가능
      
      
  • AP가 있는 BSS
    
    • Infrastructure 네트워크라고 부름
    • 다른 BSS와 통신 가능

---

Extended Service Set (ESS)

• AP를 가진 두 개 이상의 BSS로 구성
• 서버나 게이트웨이 같은 distribution system (보통 유선 랜)에 의해 연결됨
  

---

MAC sublayer

• IEEE에 의해 MAC 하위 계층에서 정의된 프로토콜
  • DCF
  • PCF

---

프레임

• 프레임 형식
  
  • FC (frame control)
    • Type
    • To Dos/ From DS
  • D
    : NAV 값 설정에 사용되는 전송 기간
  • SC (Sequence Control)
    : 플로우 컨트롤에 사용되는 프레임의 시퀀스 넘버 정의

• Type
  • 정보의 타입 정의
  • IEEE 802.11에서 사용하는 타입 3개
    1. Managament Frame (00) : 지국과 AP 사이의 초기 통신에 사용
    2. Control Frame (01) : 채널 접근과 응답에 사용
    3. Data Frame (10) : 데이터와 컨트롤 정보를 전송하는 데 사용

• Control Frame
  
  • RTS (request to send)
    : 공유 매체를 사용하는 무선 LAN에서 송신측이 수신측에게 데이터를 전송할 의사가 있음을 알리는 신호
  • CTS (clear to send)
    : 공유 매체를 사용하는 무선 LAN에서 수신측이 송신측에게 데이터를 받을 준비가 되어서 전송해도 좋다는 허락 신호
  • ACK (acknowledgement)

Frame > FC > Type > Control Frame > RTS/CTS

---

Distributed coordination function (DCF)

• 접근 방법으로 CSMA/CA 사용 (무선이니까)

⭐ 무선 LAN에서 CSAM/CD를 사용할 수 없는 이유
1. 충돌 감지를 위해서는 지국이 데이터를 전송하고 충돌 신호를 동시에 수신할 수 있어야 함 (CD에서는 지국이 프레임을 보낸 후 전송이 성공했는지 매체를 관찰하고, 만약 실패했다면 프레임 재전송하기 때문에)
→ 비용 증가, 요구되는 대역폭 증가
2. Hidden station 무제로 인해 충돌이 감지되지 않을 수 있음
3. 무선 통신에선 지국 사이의 거리가 매우 멀 수 있음
→ signal fading으로 인해 한 끝에 있는 지국이 다른 끝에서 발생한 충돌을 듣지 못할 수 있음

• 플로우차트

• 프레임 교환 타임 라인
  
  • DIFS와 SIFS
    : 데이터와 응답을 보내기 전의 일정 시간 간격
    • DIFS (distributed interframe space) : 프레임 간의 시간 간격
    • SIFS (short interframe space) : 더 짧은 프레임 간의 시간 간격
      
      
  • NAV (network allocation vector) : 반송파 감지 X
    
  • 충돌은 Handshaking period (RTS, CTS) 동안만 발생한다.
    : Destination이 Source에게 CTS를 전송하고 나면, 둘 사이의 통신이 확정되고, 통신이 완전히 끝나기 전까지 다른 모든 지국들은 아무것도 하지 않는 NAV 상태이기 때문이다.

---

Point Coordination Function (PCF)

• Infrastructure 네트워크 (AP가 있는 BSS 네트워크)에서 사용될 수 있는 선택 접근 방법
• DCF 위에 구현
• 주로 민감한, 긴급 전송에 사용
  

---

무선 통신에서 주소 메카니즘

BSS 내부에서 통신

• To DS = 0, From DS = 0
  
• sender에게 응답 보냄
• 주소
  1: 목적 주소
  2: 출발 주소
  3: BSS-ID

외부 (Distribution System)의 데이터 수신

• To DS = 0, Frmo DS = 1
  
• AP에게 응답 보냄
• 주소
  1: 목적 주소
  2: AP 주소
  3: 출발 주소

외부 (Distribution System)로 데이터 송신

• To DS = 1, Frmo DS = 0
  
• 주소
  1: AP 주소
  2: 출발 주소
  3: 목적 주소

AP 끼리 통신

• To DS = 1, Frmo DS = 1
  
• 주소
  1: 목적 AP 주소
  2: 출발 AP 주소
  3: 목적 주소
  4: 출발 주소
  
  

---

Hidden and Exposed Station Problem

• 숨겨진 지국 문제
  
  • 그림에서 A와 B는 연결되어 있고, A와 C도 연결되어 있지만, B와 C는 연결되어 있지 않는다. (서로 통신할 수 없다)
  • 문제
    • A와 B가 통신하고 있고 C가 A에 전송할 데이터가 있는 상황에서, C는 A와 B가 통신하고 있는 사실을 모르니 데이터를 전송하다가 충돌이 일어난다.
  • 해결
    • CSMA/CA handshake의 RTS와 CTS 프레임은 숨겨진 지국으로부터의 충돌을 방지할 수 있다.
      

• 노출된 지국 문제
  
  • 그림에서 C는 A와 B의 통신에 노출되어 있다.
  • 문제