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컴퓨터 네트워크 4 주차

컴퓨터 네트워크 4 주차. 수원과학대학교 정보통신과. 오늘의 목표. 무선랜 프로토콜인 Wi-Fi 를 이해한다 . 개인 휴대기기간 네트워킹 프로토콜인 Bluetooth 을 이해한다. 2.3 무선랜 (Wireless LAN). 케이블 없이 무선으로 구축되는 LAN 무선 랜과 Wi-Fi 는 같다 ? 무선 랜 표준 단체 - IEEE 802.11 IEEE 802.11 에서는 제품간 호환성 시험에 대한 것이 누락 Wi-Fi Alliance 무선 랜 제품간 호환성 인증 단체

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컴퓨터 네트워크 4 주차

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Presentation Transcript

  1. 컴퓨터 네트워크 4주차 수원과학대학교 정보통신과

  2. 오늘의 목표 • 무선랜 프로토콜인 Wi-Fi를 이해한다. • 개인 휴대기기간 네트워킹 프로토콜인 Bluetooth을 이해한다.

  3. 2.3 무선랜 (Wireless LAN) • 케이블 없이 무선으로 구축되는 LAN • 무선 랜과 Wi-Fi는 같다? • 무선 랜 표준 단체 - IEEE 802.11 • IEEE 802.11에서는 제품간 호환성 시험에 대한 것이 누락 • Wi-Fi Alliance • 무선랜 제품간 호환성 인증 단체 • 호환성이 검증된 제품에 Wi-Fi 로고 부착

  4. 4.1.1 무선 랜 구조 (1) • 기본 서비스세트 (BSS; Basic Service Set)

  5. 무선랜 구조 (2) • 확장 서비스 세트 (ESS; Extended Service Set)

  6. SSID • Service Set IDentifier • BSS나 ESS가 다른 BSS나 ESS와 구분 짓기 위해 가지고 있는 ID • 무선 랜 검색 시 보이는 이름이 SSID임 • AP들은 100ms마다 SSID와 기타 구성 정보를 브로드캐스팅하여 클라이언트가 자신을 찾을 수 있게 함

  7. 4.1.2 CSMA/CA • 무선 환경에서는 충돌을 검출하기가 곤란함 • 무선 LAN에서는 충돌 검출 대신 충돌을 회피하는 방법을 사용 • CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 타이밍

  8. CSMA/CA 상세절차

  9. 4.1.3 무선 랜 계층 구조

  10. DCF (Distributed Coordination Function) • 경쟁에 의해 채널을 쟁취하는 역할의 계층 • Mac Protocol: CSMA/CA • 무선 랜에서 CSMA/CD를 사용할 수 없는 이유 • 충돌 신호를 수신하기 위한 하드웨어 추가로 더 큰 대역폭 및 고가 장비 필요 • 숨겨진 단말 문제로 인해 충돌을 검출 못할 수 있음 • 무선신호는 감쇄가 크기 때문에 충돌을 수신 못할 수 있음

  11. DCF에서 무선 랜 스테이션들의 동작

  12. PCF (Point Coordination Function) • DCF보다 상위에 놓이며 구현은 선택사항 • 경쟁 없이 AP가 폴링(polling) 방식으로 전송 • AP가 무선단말을 하나씩 폴링함 • 주로 시간에 민감한 전송에 사용 • PCF는 DCF보다 우선순위가 높음 • PCF로 채널이 독점되는 것을 막기 위해 PCF와 DCF가 반복되는 반복 구간(repetition interval)을 운영함

  13. 반복 구간

  14. 4.1.4 IEEE 802.11 프레임 형식 NAV 타이머 설정시 사용하는 전송기간 흐름 제어에 사용하는 순서번호

  15. FC 필드의 서브 필드

  16. IEEE 802.11 프레임 종류 (1) • 관리 프레임 (Management Frame) • 스테이션과 AP와의 초기통신에 사용 • 제어 프레임 (Control Frame) • 채널에접근할 때와 확인응답을 위해 사용

  17. 제어프레임에서 FC 필드의 Subtype 서브필드 값 • 데이터 프레임 • 데이터 및 제어 정보 전달

  18. 4.1.5 IEEE 802.11 주소 체계 (1) • DS – Distribution System

  19. IEEE 802.11 주소 체계 (2)

  20. 4.1.6 무선랜 표준

  21. 4.1.7 무선 랜 주파수 대역 • ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 대역 • 면허 없이 사용할 수 있는 주파수 대역

  22. 2.4GHz 대역 채널 배정 • 우리나라의 경우 13개 채널이 있음

  23. 4.1.8 무선랜 변조 방식 • FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) • 주파수 채널을 빠르게 바꿔 보내는 방식 • 최초의 IEEE 802.11 • DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) • 하나의 주파수 채널로 보내되 신호를 빠른 속도로 변조 • IEEE 802.11b/g • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) • 직교성을 지닌 다중 주파수 채널로 전송 • IEEE 802.11a/g/n

  24. 4.1.9 무선 랜 보안 (1) • 무선랜은 보안에 근본적으로 취약하다. • 무선랜 보안 수단 • 인증(Authentication) • 허가된 장비만이 접속하게 하는 것 • 암호화(Encryption) • 타인이 데이터를 알아볼 수 없게 하는 것 • 가장 기초적인 보안 – SSID 숨기기 • AP에서 SSID 브로드캐스팅 차단 • 미리 SSID를 아는 단말만이 접속

  25. 무선 랜 보안 (2) • WEP(Wired Equivalent Privacy) • 무선 클라이언트 장비와 AP가 동일한 키(Key)값으로 데이터를 암호화하여 송수신 • 키의 길이는 64비트 또는 128비트  길수록 안전 • 키값이 고정되어 있으므로 해킹에 의해 키가 알아낼 수 있음 • IEEE 802.1X 사용자 인증 • 사용자 이름과 암호로 인증

  26. 무선 랜 보안 (3) • WPA(Wi-Fi Protected Access) • 802.11X 사용자 인증 도입 • 고정 키가 아닌 동적 키(Dynamic Key) 사용 • TKIP(Temporal Key Integrity Protocol) 사용 • IEEE 802.11i • WPA 방식 대부분 수용 • TKIP 대신 AES(Advanced Encryption Standard encryption) 사용 • 이에 따라 WPA도 WPA2로 개정

  27. 무선랜 보안방식 비교 • 참고) PoE (Power of Ethernet) • AP에 전원케이블 없이 이더넷 케이블로 전원을 공급 • PoE 스위치라면 가능 • PoE 규격: IEEE 802.3af

  28. 4.2 WPAN에서의 블루투스 • PAN(Personal-Area Network) • 개인 영역 네트워크 • 블루투스(Bluetooth) • WPAN(Wireless PAN)의 표준 네트워킹 방식 • 표준안 IEEE 802.15.1 • 블루투스 응용 • 핸즈프리 이어셋/헤드셋, 무선 마우스/키보드, 스마트폰 간 전송 • 블루투스 대 Wi-Fi(IEEE 802.11) • Wi-Fi는 유선 이더넷의 무선 버전 • 블루투스는 원래 RS-232(시리얼 케이블)의 무선 버전 • Wi-Fi 보다 저전력, 저속, 단거리 블루투스 로고

  29. 블루투스 네트워크 구조 (1) • 블루투스 네트워크 구조 • 피코넷 • 스캐터넷 • 피코넷 • 최대 8개로 블루투스 기기로 구성 • 1개의프라이머리와 7개의 세컨더리로 구성

  30. 블루투스 네트워크 구조 (2) • 스캐터넷

  31. 블루투스 계층 구조

  32. 무선층 (Radio Layer) • 저전력으로 10m이내 통신 • 2.4GHz ISM 대역을 79개의 채널로 분할 • 각 채널당 대역폭은 1MHz • 변조 방식: FHSS • 초당 1600번 도약 • 한 주파수에 머무르는 시간 = 1/1600 = 625us

  33. 기저대역층 (Baseband Layer) (1) • LAN의 MAC 부계층 역할 • MAC 프로토콜: TDD-TDMA (Time Division TDMA) • 양방향 전송을 하되 시간을 나누어 하는 반이중 시분할 다중접속 방식 • 타임 슬롯(time slot) = 625us

  34. 기저대역층 (Baseband Layer) (2) • 프라이머리와 1개의 세컨더리와의 통신

  35. 기저대역층 (Baseband Layer) (3) • 프라이머리와 여러 세컨더리와의 통신

  36. 블루투스 링크 • SCO(Synchronous Connection-Oriented) 링크 • 전송 지연 없이 보내고자 할 때 • 각 방향당 한 개씩 두 타임슬롯으로 규칙적 전송 • 최대 3개의 SCO 링크를 만들 수 있고, 각 링크 당 64kbps의 오디오 신호 전송가능 • ACL(Asynchronous Connectionless Link) • 오류 없는 전송이 필요할 때 • 오류 발생 시 패킷 재전송 • 1개, 3개, 또는 그 이상의 슬롯 사용 가능 • 최대 721kbps

  37. 프레임 구조 동기비트 및 프라이머리 식별자 헤더영역 에러검출 정지대기 ARQ 순서번호 세컨더리 주소, 만약 0이면 브로드캐스트 정지대기 ARQ 확인응답용 상위 계층의 데이터 타입 흐름제어용, 1이면 수신불가

  38. 블루투스 표준 • Bluetooth Special Interest Group (SIG) • 1998년에 결성된 블루투스 규격 제정 단체

  39. 참고) 자동반복요청 • 자동반복요청 • Automatic Repeat reQuest, ARQ • 두 호스트간 흐름제어와 오류제어의 용도 • ARQ의 세가지 방법 • 정지-대기(stop-and-wait) ARQ • go-back-n ARQ • 선택적 반복 (selective repeat) ARQ

  40. 정지-대기 (Stop-and-Wait) ARQ 받기를 기대하는 다음 프레임 번호 전송한 프레임 번호, 확인응답되면 전송할 프레임 번호 전송중인 프레임 번호 송신기는 한 프레임을 보내고 다음 프레임을 보내기 전에 확인응답 (Acknowledgement, ACK)을 언제나 기다림 정상 동작 시

  41. 정지-대기 ARQ에서 유실된 프레임 • 송신기는 프레임을 보낼때마다 타이머를 동작시기고, 전송한 프레임을 확인응답이 올때까지 보관 • 타이머에 설정된 시간이 다 지날때 까지 확인 응답이 안오면 손실된 것으로 간주하고 다시 보냄 재전송

  42. 정지-대기 ARQ에서 손상된 프레임 • 수신자는 오직 온전하게 수신된 프레임에 대해서만 긍정확인응답을 내고 손상된 프레임에 대해서는 어떠한 확인응답도 보내지 않는다. • 송신자는 확인응답이 오지 않으므로 프레임이 전송 중 유실된 것으로 간주한다. • 결과적으로, 손상된 프레임에 대한 정지-대기 ARQ의 동작은 유실된 프레임의 경우와 동일하게 동작한다.

  43. 정지-대기 ARQ에서 유실된 확인응답 ACK가 받지 못했으므로 프레임이 유실된 것으로 간주하고 재전송 프레임 0을 받기를 기대하는데 프레임1이 수신되었으므로 버린다

  44. 정지-대기 ARQ에서 지연된 확인응답 프레임 1을 받기를 기대하는데 프레임0이 수신되었으므로 버린다 프레임 1이 손실되지 않았으면 받았을 것이다. ACK0을 기대하는데 ACK1이 수신되었으므로 무시

  45. 정지-대기 ARQ에서 피기백킹 • 데이터 프레임에 확인응답을 합해서 보내는 끼워보내기(piggybacking)을 사용하여 전송 대역폭 절약

  46. Go-back N ARQ (1) • 네트워크에서의 지연(delay)의 종류 • 전파지연(propagation delay) • 송신지에서 목적지까지 전파되는데 걸리는 시간 • 전송지연(transmission delay) • 패킷의 첫번째 비트부터 마지막 비트까지 보내는 데 걸리는 시간 • 큐잉지연(queuing delay) • 패킷이 버퍼에서 전송을 위해 기다리는 시간 • Q&A • WAN에서 가장 영향을 미치는 지연은? • LAN에서 가장 영향을 미치는 지연은? • 물리적인 환경과 관계없이, 망 내 트래픽의 분포와 관련된 지연은? • 정지-대기 ARQ의 단점 • 한 프레임을 보내고 확인응답이 올 때까지 매번 기다려야 한다. • 전파지연이 큰 네트워크에서 전송효율이 50%까지 감소 • Go-back N ARQ, 선택적 반복 ARQ • 여러 프레임을 보낸 후 확인응답을 받을 수 있다. • 슬라이딩 윈도우 프로토콜(sliding window protocol) 사용

  47. Go-back N ARQ (2) • 순서번호(sequence number) • 프레임 번호로 헤더에 기록 • m비트 필드라면 0~2m-1 번호가 modular-2m방식으로 매겨진다. • 예) m=3일때: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1, 2, … • 송신 노드의 슬라이딩 윈도우 • 윈도우의 크기는 통보 받은 수신 노드의 버퍼 크기 • 올바른 확인 응답이 수신될 때 오른쪽으로 이동 7개의 프레임을 보낼 수 있음 2개의 프레임을 보내고 ACK를 받은 후

  48. Go-back N ARQ (3) • 수신노드의 슬라이딩 윈도우 • 창 크기는 항상 1로 받기를 기대하는 프레임 번호를 담고 있음 • 순서가 뒤바뀌어 들어오는 프레임은 항상 무시함 • 올바른 프레임이 수신될 때 오른쪽으로 이동 0번 프레임을 받기를 기대함 0번 프레임을 받고 난후

  49. Go-back N ARQ (4) • 슬라이딩 윈도우의 제어 변수 • S: 최근에 보낸 프레임의 순서번호, 확인응답되면 보낼 프레임의 순서번호 • SF: 창 안에 있는 첫번째 프레임의 순서번호, SL: 창안에 있는 마지막 프레임의 순서번호 • R: 수신하기를 기대하는 프레임의 순서번호 • 타이머 • 송신자는 프레임을 전송할 때마다 타이머를 설정 • 확인응답 • 온전하게 수신된 프레임에 대해서만 긍정응답(ACK)을 보낸다. • 프레임 재전송 • 프레임이 손상 또는 유실되었음을 식별하면 송신노드는 손상된 프레임부터 재전송

  50. Go-back-N ARQ의 정상 동작 S가 SL과 같아질 때까지 계속 보낼 수 있다.

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