17. Wireless Networking

1. (IEEE) 802.11 Standard

• 무선 networking 장치가 통신하는 방법에 대한 가장 대표적인 사양
• 802.11 family라고도 하고, WiFi라 불리는 기술들의 집합을 구성한다.
• 무선 networking 장치는 radiowave를 통해 서로와 통신한다.
  서로 다른 802.11 standard는 같은 기본 protocol을 사용하나 다른 주파수 밴드에서 작동한다.
• frequency band(주파수 밴드)란 특정 소통을 위해 사용하도록 정해진 radio spectrum 영역을 의미한다.
• ex) FM radio 전송은 88~108 MHz에서 이루어지는데, 이 주파수 밴드를 FM broadcast band라 한다.
• WiFi network는 몇몇 주파수 밴드에서 작동하는데, 보통 2.4 GHz와 5 GHz 밴드이다.
• 가장 대표적인 사양으로는 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 그리고 802.11ac가 있다.
  이 순서는 많이 채택된 순서로, 뒤로 갈수록 높은 접근 속도와 더 많은 장치가 동시에 network를 사용할 수 있는 성능을 가지고 있다.
• networking model의 관점에서 802.11 protocol은 physical 그리고 data link layer에서 작동하는 방법을 정의한다.
• 802.11 frame은 여러 field를 가지고 있다.
• 1. frame control field
  • 16 bit로 많은 subfield를 가지고 frame의 수행 방식을 나타내는데 사용한다. 이는 어떤 version의 802.11을 사용하는지도 포함한다.
• 2. duration field
  • 전체 frame의 길이를 나타낸다.
• 3. 4개의 주소 field : source address field, intended destination, receiving address, transmitter address
  • 보통은 2개의 주소 field를 가지는 것과 달리 802.11은 4개의 주소 field를 가지는데, 이는 setup이 보통 access point라 불리는 장치를 포함하기 때문이다.
  • access point
    • network의 무선과 유선 부분을 연결하는 장치이다.
    • 하나의 무선 network는 넓은 영역에 대해 많은 access point를 가지고 있을 수 있다.
    • 무선 network의 장치들은 어떤 하나의 access point와 연결하는데, 보통 물리적으로 가장 가까운 것과 연결한다. 그러나 신호 길이, 무선 방해 등 여러 다른 요소들에 영향을 받을 수 있다.
    • 이러한 연결은 무선 장치가 특정 access point에 전달할 경우뿐만 아니라, data 수신 시 적절한 access point로부터 받을 때 중요하다.
    • 어떤 access point가 frame을 전달해야 하는지도 알릴 필요가 있기 때문에 4개의 주소 field를 사용하는 것이다.
  • source address field : 전송 장치의 MAC 주소
  • receiver address : frame을 받아야 하는 access point의 MAC 주소
  • transmitter address : frame을 발신한 어떤 것이든 그것의 MAC 주소를 나타낸다.
  • 보통은 source와 transmitter가, 그리고 receiver와 destination이 동일하다.
  • 그러나 특정 무선 network가 어떻게 설립됐는지에 따라 이는 항상 성립하지 않을 수 있다.
  • 때때로 무선 access point는 이 frame을 서로 미루기도 한다.
  • 각 field는 6 bytes인데, 이는 전부 MAC 주소이기 때문이다.
• 4. sequence control field
  • 3번째와 4번째 주소 field 사이에 존재하고, 16 bit로 frame의 순서를 추적하기 위해 사용하는 sequence number를 포함한다.
• 5. data payload section
  • 주소 field 이후의 field로 protocol의 모든 data를 가진다.
• 6. check sequence field
  • cyclical redundancy check를 위한 checksum을 가지고 있다.

2. ad-hoc network

• network 내 모든 장치가 어떤 범위 내에서 다른 모든 장치와 통신하거나 노드가 메세지를 보내는 것을 보조한다.
• ex) 스마트폰은 ad-hoc network를 이용해 다른 스마트폰과 통신해 사진, 비디오 등을 주고 받을 수 있다.
• 재난 상황에 유용하다.

3. WLAN(wireless LAN)

• 무선 network의 가장 대표적인 유형으로 하나 이상의 access point가 무선과 유선 network를 연결하는 중개 역할을 담당한다.
• 유선 network는 일반 LAN처럼 작동하고 외부 Internet link를 포함한다. 
• WLAN 바깥의 resource에 접근하기 위해서 무선 장치는 access point와 통신하고 access point는 트래픽을 gateway router로 보낸다.

4. Mesh Network

• ad-hoc network의 일종으로 많은 장치가 무선으로 통신한다.
• 모든 노드 사이의 모든 링크를 선으로 나타냈을 때 대부분의 mesh network가 무선 access point를 가지고 있고 이는 곧 유선 network와 연결된다.

5. Wireless Channel

• 무선 network의 주파수 밴드의 일부분
• collision domain을 해결하기 위해 도입했다.
• 유선 network에서는 switch를 이용해 이 문제를 해결했으나 무선 network에는 cable이 없기 때문에 특정 노드로만 data를 전송하는 것이 불가능하다.
• 그러므로 대신 주파수 대역을 나눠 이 문제를 해결한다.
• 2.4 GHz 밴드는 실제로는 2.4~2.5 GHz 밴드를 의미하고 이 사이에는 많은 수의 channel이 적당한 MHz 단위의 간격을 두고 존재한다. 이는 radiowave가 정확한 주파수를 가지고 있지 않기 때문이다.
• 무선 networking 장비는 어느 channel이 가장 혼잡한지 감지하고 채널을 필요할 때마다 변경한다.

6. Wireless Security

• WEP
  • Wired Equivalent Privacy로, 낮은 수준의 보안을 제공하는 암호화 기술이다.
  • 유선 연결에서 암호화되지 않은 data를 보내는 것과 동일한 보안성을 가진다.
  • 보통 암호키의 bit 수가 보안성에 비례하는데, WEP는 암호키에 40 bit만 사용해 몇 분 안에 해킹될 수 있다.
• WPA : Wi-Fi Protected Access로, 128 bit의 키를 사용한다.
• WPA2 : 가장 많이 사용하는 암호화 알고리즘으로 256 bit의 키를 사용한다.
• MAC filtering : 무선 network를 보호하는 다른 방법으로 access point가 특정 MAC 주소에게만 연결을 허용한다.

7. Cellular Networking

• 무선 networking의 대중적인 형태로, mobile networking이라고도 불린다.
• 802.11 network와 거의 동일하나, cellular와 관련된 다른 특성도 존재한다.
• Wi-Fi처럼 radio wave에서 동작하고, cellular 전송을 위한 주파수 밴드가 있다. 가장 큰 차이점은 이 주파수가 장거리를 이동할 수 있다는 점이다.
• Cellular network는 cell의 개념 하에서 만들어져 각 cell은 특정 주파수 대역을 할당받고, 이웃하는 cell은 겹치지 않는 밴드를 사용한다. 
• cellular 전송을 주고 받는 cell tower는 훨씬 넓은 범위를 가진 access point와 같다.
• 많은 장치들이 현재 cellular network를 통신에 사용한다.