유선LAN & 무선LAN

1. 유선 LAN

• 양쪽 장치가 동시에 송수신할 수 있는 전이중화 (full duplex) 방식을 사용

  • 송신로와 수신로가 나뉘어져 있다.
  • IEEE802.3 프로토콜 기반으로 이더넷 프레임 구조 등을 결정
  • 유선LAN은 동축케이블, 광케이블 등으로 이루어진다.
    

• Twisted pair cable: 전기적 간섭을 줄이기 위해서 두 개의 도체가 서로 꼬여있는 케이블로, 주로 짧은거리에서 사용된다.

  • UTP (Unshielded Twisted Pair): 실드 처리를 하지 않은 케이블로, 가격이 저렴하고 설치가 간단하지만 잡음에 민감하다.
  • STP (Shielded Twisted Pair): 실드 처리가 된 트위스트 페어 케이블로, 외부 간섭으로부터 더 효과적으로 보호된다.
    

• 광섬유 케이블 (optical fiber): 유리 소재로 만들어진 섬유를 여러 개 묶은 케이블로, 빛의 전반사 원리를 이용하여 데이터를 전송
  → 굴절률이 높은 부분: 코어, 굴절률이 낮은 부분: 클래딩

  • 높은 대역폭: 광섬유는 매우 높은 대역폭을 제공하며, 이는 대량의 데이터를 빠르게 전송할 수 있다.
  • 장거리 전송: 긴 거리에 걸쳐 안정적인 데이터 전송을 제공한다.
  • 전기적 간섭 없음: 전기 신호가 아닌 빛을 사용하기 때문에 전기적 간섭에 영향을 받지 않는다.
    → 안정적이고 신뢰성이 높은 데이터 전송
  • 설치 비용이 상대적으로 높다.
    

• 반이중화 (half duplex): 이전에 유선 LAN에서는 반이중화 통신 중 하나인 CSMA/CD 방식이 사용했다.

  • CSMA/CD: 전송 후 충돌을 감지하면 재전송 하는 방식
    • Sensing: 전송하기 전에 먼저 회선이 사용 중인지 감지
    • 전송 또는 대기: 회선이 사용 중이면 기다리고, 사용 가능하면 데이터를 즉각 전송
    • 충돌 감지: 전송 중에 충돌이 발생하면 감지
    • Jamming Signal 전송: 충돌이 발생하면 네트워크 상의 다른 장치들에게 충돌이 발생했음을 알리는 Jamming Signal을 전송
    • 일정 시간 후 재전송: 충돌이 발생한 장치들은 재전송을 위해 일정 시간 동안 기다린 후 다시 시도
      

2. 무선 LAN

• 무선 신호 전달 방식을 사용하여 2대 이상의 장치를 연결하는 기술
  

• 송수신에 같은 채널을 사용하는 반이중화 통신 사용

  • CSMA/CA: 무선 환경에서 충돌을 피하기 위한 통신 프로토콜로, 전송전 채널의 유휴 상태를 확인 후 일정시간 대기를 하고 전송
    • 무선 채널이 Idle한지 여부를 Sensing (전파 이용)
    • 채널이 사용 중이면 다른 채널을 Sensing하거나, Idle하면 IFS만큼 대기
      → IFS (Inter Frame Space): 충돌을 피하기 위해 프레임 전송 간의 간격
    • 채널이 Idle하면 (0, 2^k - 1) 범위의 random한 값만큼 대기한 후 프레임을 전송
    • 프레임을 전송하고 ACK를 받으면 송신이 완료되었다고 간주하고 종료
    • ACK를 받지 못하면 k 값을 증가시키고, k 값이 kmax를 넘어서면 해당 프레임을 버리고 전송을 중단

• 무선 통신에서는 전파의 특성으로 충돌을 감지하기 어려워 CSMA/CD(충돌 감지)보다는 CSMA/CA(충돌 회피)가 적합

• Hidden station problem: 각 노드가 서로 감지하지 못하는 숨겨진 노드로 인해 충돌이 발생하는 경우
  → collision detection을 제한

  

  1. A가 C로 데이터 전송
  2. Carrier Sensing
  3. Carrier Sensing 이후 충돌되지 않았으므로 B도 C로 데이터 전송
  4. 충돌이 C에서 발생

• Exposed Node problem: 한 노드가 다른 노드와 통신이 가능한데도 충돌을 피하기 위해 불필요하게 통신을 중단하는 상황

  

  1. G가 E로 데이터 전송
  2. F가 D로 데이터를 전송하려는데 Carrier Sensing 후 채널이 busy 하다고 판단하며 전송을 멈춤

• CSMA/CD vs CSMA/CA

  • CSMA/CD
    • 유선 환경에서 사용
    • 충돌이 발생한 경우, 충돌을 감지하고 재전송하는 방식
    • 전송 도중에 충돌이 발생할 수 있고, 이를 감지하여 충돌 회피
  • CSMA/CA
    • 무선 환경에서 사용
    • 충돌을 감지하기 어려운 무선 특성 상, 충돌을 최소화하고자 하는 방식
    • 채널 감지 후 충돌을 회피하기 위해 대기하는 방식
    • Hidden Station Problem을 피하기 위해 적용됨

• 활용

  • Wi-Fi: 전자기기들이 무선LAN 신호에 연결할 수 있게 하는 기술
    → 공유기: 유선 LAN에 흐르는 신호를 무선 LAN 신호로 바꿔주는 역할
  • BSS: 무선 LAN에서의 기본 서비스 세트
    → BSS 내에 있는 AP들과 장치들이 서로 통신 가능한 구조
  • ESS: 여러 BSS를 하나의 논리적인 네트워크로 확장한 것

• 주파수 대역

  • 2.4 GHz
    • 장애물에 강하고 범위가 넓지만, 속도가 비교적 느림
    • 호환성 좋음
  • 5 GHz
    • 속도가 비교적 빠르지만, 장애물에 약하고 범위가 작음
    • 호환성이 비교적 좋지 않음