20180514 20 : Wireless And Mobile Networks 2

무선링크, wifi 네트워크에 대한 이야기.

우리가 사용하고 있는 wifi 의 구조는 AP 가 존재하고 AP 를 통해서 네트워크에 접근하는 그러한 형태이다. 주변에 AP 가 많이 등장하고 어느 AP 에 연결할 것인지 AP 들이 각자 자기자신의 정보를 주기적으로 브로드캐스트 한다. 그러므로 주변의 호스트들에게 알린다. 그 정보가 담긴 프레임을 비콘 프레임이라고 하며, 비콘 프레임 내에는 AP의 이름, AP MAC Address, 인증 관련한 정보등의 부가적인 정보가 있다. 그래서 어떤 AP를 통해 접속을 할 지 결정한다.

실제로 wifi 에서 사용하는 주파수 대역은 2.4Ghz 정도에 해당한다. 이 대역은 언라이센스 대역이라고 하여, 라이센스를 받지않고도 자유롭게 사용할 수 있는 주파수 대역이다. wifi 인터페이스가 있는 모든 디바이스는 해당 주파수를 자유롭게 사용할 수 있다. 하지만 해당 주파수는 11개의 서버 채널로 이루어져 있어서, 11개의 채널 중에서 1개를 선택해서 사용하는 방식을 취한다. 어떤 채널을 선택할 지에 대해서는 각 AP가 결정하고 우리는 그 AP가 선택한 채널을 따라가는 형태이다.

AP 가 서로 오버랩이 되지 않는다면 다른 주파수 대역에 대한 간섭은 없다. A라는 곳에서 AP1 으로 프레임을 전송하고 B라는 곳에서 AP2에 프레임을 전송하면 오버랩이 되지 않기에 간섭이 없다. 하지만 간섭이 생기는 경우는 어떻게 해결할 것인가 ?

이러한 경우는 CSMA/CA + RTS-CTS 를 통해서 해결하는 것이다. A와 B가 보내는 프레임이 같은 채널이라면 RTS-CTS 를 통한 경쟁을 통해 해결하는 것이다. AP가 어느 채널을 선택할지에 대해서는 자유롭다. 하지만 주변에 AP가 많으면 많을수록 오버랩이 되는 채널이 많아지기 때문에 경쟁을 불가피하다. AP 가 많아지면 많아질수록, 사람들이 많아지면 많아질수록 늦어지고 정체되며 backoff 을 통해서 지연된다.

하이레벨에서는 무선 링크 맥 프로토콜에서는 유선 링크에서 나오지 않은 링크레이어 맥이 존재하였다는 사실이다. 왜 ACK가 존재할 수 있는지에 대해서 이야기할 수 있어야 한다.

wifi 에서 사용하는 프레임에 대한 설명

address 필드 1과 2와 3이 쓰인다.

address 1 : 무선 프레임을 직접적으로 받는 인터페이스의 맥 어드레스

address 2 : 해당 프레임을 전달하는 인터페이스 맥 어드레스

address 3 : 안에 담긴 IP 패킷을 처리할 유선 프레임을 받는 라우터의 맥 어드레스

AP 는 링크레이어 디바이스이다. 네트워크 레이어가 존재하지 않는다. 유선에서 보았을 때는 AP 는 스위치밖에 되지 않으며, 무선에서 보았을 때 링크레이어 디바이스이다. 여기서 하나의 가정을 한다면, 어드레스 필드를 2개를 두었을 때 어떻게 되는가.

가정 1) 

Source Addr : H1 

Destination Addr : AP

>> AP 에서 받고 나서, 이후에 AP는 링크레이어 디바이스이기 때문에 상위 네트워크 레이어 측의 데이터 단위인 패킷을 이해하지 못한다. 

가정 2)

Source Addr : H1

Destination Addr : R1

>> H1에서 전송시킨 프레임의 목적지 R1 은 존재하지 않기에 전송하지 못한다.

두 개로 어드레스 필드를 두었을 때는 결과적으로 전달하지 못한다.

우리가 커피숍을 간다면 어떻게 네트워크는 동작되는가?

(1) 주변의 AP 들이 자신들의 비콘 프레임을 주기적으로 브로드캐스트한다.

(2) 비콘 프레임에는 AP의 이름과 함께 맥 어드레스를 담고 있다.

(3) 여기서 내 자신의 IP 를 아는 것이 가장 중요하다. 여기서 DHCP 프로토콜을 통해서 자신의 IP Address와 더불어 subnet mask, gateway router IP, local Name Server IP 를 알게 된다.

(4) DHCP 리퀘스트를 보내야 한다. DHCP 리퀘스트를 담은 프레임을 보내야하며, 프레임의 첫번째 어드레스는 AP이고 두번째 어드레스는 H1 이고 세번째 어드레스는 전체 1 (브로드캐스트) 이다.

(5) 라우터의 맥 주소를 알기위해서 참조하는 테이블, ARP 테이블을 참조한다. 그리고 이 과정을 브로드캐스트한다.

(6) 브로드캐스트에 담긴 IP 주소는 호스트의 IP 주소가 있다.

위에 다시 정리

AP 는 순수한 링크레이어 디바이스이다. 우리가 흔히 보는 가정용 무선 공유기도 AP 이지만, 링크레이어만 있는 것이 아니라, 애플케이션 레이어까지 역할까지 있는 작은 컴퓨터라고 보아도 무방하다고 한다.

모빌러티

connection 이 연결된 상태에서 이동을 한다면 연결이 유지되는가 혹은 끊기는가?

connection 하면 TCP 이다. TCP 는 클라이언트와 서버 상의 TCP Connection 이다. 정확히는 소켓과 소켓이 연결한 것이다. 많은 프로세스의 소켓 부 중에서 특정 소켓 두 개가 서로 연결된 것이며 유일한 Connection 이다.

전세계에 수십억개 이상의 살아있는 TCP Connection 이 있을 것이다. 이 유일한 TCP Connection 을 어떻게 유지할 것인가? 어떻게 인덱싱 할 것인가에 대해서 물을 수 있다. source IP, 포트번호, dest IP, 포트번호를 가지고 인덱싱한다. 이 말은 TCP Connection은 위의 네가지 (src IP, src PORT, dest IP, dest PORT) 하나라도 바뀐다면 TCP Connection 이 아니게 된다.

결국 같은 네트워크 상에서의 이동에서 TCP Connection 은 끊기지 않는다. 

정리하는 시간이 필요하다.

정리 )

• 비콘 프레임은 무엇인가

• CSMA/CA + RTS-CTS 는 무엇인가

• wifi에서 사용하는 프레임 필드의 address 1, address 2, address 3 설명

• 우리가 일상해서 커피숍을 가서 wifi 연결을 한다면 어떻게 될까? 생각해보고 말해보기