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산업계측제어기술사

802.11 정리

NeoStudio_20241218_112641_산업계측제어 기술사13다운로드

https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802

http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=2303&id=372

https://youtu.be/OO2IhNiNLRk?si=Q-d60oWNFkJJwPnT

컴퓨터 네트워킹, K-mooc, 유영환

https://lms.kmooc.kr/course/view.php?id=4969#section-12

https://naon.me/posts/til83

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IEEE 802.11 정리

IEEE 802 · LLC · MAC · DCF · PCF · CSMA/CA · IFS · WLAN · WEP · 802.11i

1. IEEE 802 개요

NeoStudio에서는 IEEE 802를 LAN의 기본 기능을 계층적으로 정의한 표준으로 정리한다.

OSI의 Data Link 계층을 LLC와 MAC으로 나누어 사용하는 구조가 핵심이다. 

      OSI

      Data Link
      Physical

          ↓

      IEEE 802

      LLC
      MAC
      PLCP
      PMD
IEEE 802는 OSI의 Data Link 기능을 LLC와 MAC으로 분리하여 정의한다.

2. OSI와 IEEE 802 계층 관계

일반 이미지에서는 OSI와 IEEE 802의 대응관계를 다음과 같이 보여준다.

OSI IEEE 802
Data Link LLC + MAC
Physical PLCP + PMD

LLC는 상위계층에 서비스 접속점 LSAP를 제공하는 것으로 표시되어 있다.

3. LLC와 MAC을 분리한 이유

NeoStudio에서는 Data Link 계층을 LLC와 MAC으로 분리한 이유를 두 가지로 기록한다.

  1. 신규 매체·접근방식이 추가되어도 기존 상위계층에 미치는 영향 최소화
  2. 하나의 LLC가 여러 MAC을 사용할 수 있도록 구성
LLC → Upper Layer Interface
MAC → Medium Access Control

4. Encapsulation

일반 이미지에는 상위계층 Data가 계층별 Header를 추가하며 내려가는 구조가 있다. 

      Application Data
            │
            ▼
      TCP Header 추가
            │
            ▼
        TCP Segment
            │
            ▼
       IP Header 추가
            │
            ▼
        IP Datagram
            │
            ▼
      LLC Header 추가
            │
            ▼
         LLC PDU
            │
            ▼
      MAC Header / Trailer
            │
            ▼
         MAC Frame
LLC에서 만든 PDU에 MAC Header와 Trailer가 추가되어 MAC Frame이 된다.

5. MAC Frame

NeoStudio에서는 MAC Frame에 CRC가 있으며, 2계층에서 Error Check를 수행한다고 기록한다.

MAC Frame → CRC → Error Check

손상된 Frame은 폐기하는 방향으로 정리되어 있다.

6. LLC 서비스

NeoStudio에는 LLC 서비스로 다음 세 가지가 기록되어 있다.

  1. 비접속 비확인 서비스
  2. 접속형 서비스
  3. 승인된 비접속 서비스

7. 비접속 비확인 서비스

접속을 설정하지 않고 데이터를 전송하며, 전달 여부를 보장하지 않는 형태로 기록되어 있다.

No Connection + No Acknowledgement

Error Control과 Flow Control이 없는 방향으로 정리한다.

8. 접속형 서비스

접속형 서비스는 LLC 상위계층에 연결을 설정하여 전송하는 형태로 기록되어 있다.

NeoStudio에는 다음 기능이 적혀 있다.

  • Error Control
  • Flow Control
  • 순서 보장

9. 승인된 비접속 서비스

연결설정은 하지 않지만, 중요한 데이터를 전송할 때 확인응답을 사용하는 서비스로 기록한다.

Connectionless + Acknowledgement

10. IEEE 802.11의 필요성

NeoStudio에서는 IEEE 802를 무선환경에 그대로 적용할 경우 문제가 발생하는 방향으로 기록한다.

유선의 Token Bus 방식과 달리 무선환경에서는 다음 문제가 발생한다고 적는다.

  • 장치가 자유롭게 이동
  • 무선 전파로 연결
  • 기기 상태가 계속 변할 수 있음
Wired MAC ≠ Wireless MAC
무선 매체의 특성 때문에 별도의 802.11 MAC 기능이 필요하다.

11. 802.11 MAC 기능

NeoStudio에서는 MAC 기능을 다음 세 항목으로 기록한다.

  1. 신뢰성 있는 데이터 전송
  2. 접근제어
  3. 보안

12. 신뢰성 있는 데이터 전송

무선 Channel은 신뢰성이 낮을 수 있으므로 MAC 계층에서 이를 보완하는 방향으로 기록되어 있다.

Frame 교환 Protocol을 사용하며 ACK가 없으면 재전송하는 흐름이다.

Data → ACK
ACK 없음 → Retransmission

13. 접근제어

일반 이미지에서는 IEEE 802.11 MAC을 DCF와 PCF로 구분한다. 

              LLC
               │
       ┌───────┴───────┐
       ▼               ▼
      PCF             DCF
   무경쟁서비스      경쟁서비스
DCF = Distributed Coordination Function
PCF = Point Coordination Function

14. DCF

DCF는 경쟁방식으로 무선매체를 사용하는 구조이다.

일반 이미지에서는 Binary Exponential Backoff를 이용하여 Backoff Slot을 선택하는 과정을 보여준다.

Busy Medium → Wait → DIFS → Random Backoff → Transmission

15. DIFS

매체가 DIFS보다 오래 Idle 상태이면 즉시 접근할 수 있는 흐름이 그림에 표시되어 있다.

Medium Idle ≥ DIFS → Access 가능

16. Backoff Window

경쟁이 발생하면 각 Station은 Backoff Window에서 무작위 Slot을 선택한다.

Binary Exponential Backoff → Random Slot Selection

원본 그림에서는 이를 경쟁 Window와 Slot Time으로 표현한다.

17. IFS

NeoStudio에서는 IFS를 세 종류로 기록한다.

  • SIFS
  • PIFS
  • DIFS
SIFS < PIFS < DIFS
IFS가 짧을수록 매체 접근 우선순위가 높다.

18. PCF

PCF는 Point Coordinator가 무경쟁 방식으로 매체 접근을 제어하는 구조로 그려져 있다.

Superframe 안에서 무경쟁 기간과 경쟁 기간을 구분한다. 

      Superframe

      ┌───────────────┬─────────────────────┐
      │ PCF           │ DCF                 │
      │ 무경쟁 기간    │ 경쟁 기간            │
      └───────────────┴─────────────────────┘

19. Superframe

일반 이미지에서는 Superframe이 일정한 주기로 반복되는 구조를 보여준다.

Beacon이 지연되면 실제 Superframe 구간이 줄어들 수 있다는 표현도 있다.

20. IEEE 802.11 PHY 방식

일반 이미지에는 802.11 Physical Layer 방식이 다음과 같이 정리되어 있다.

  • Infrared
  • 2.4 GHz FHSS
  • 2.4 GHz DSSS
  • 5 GHz OFDM

21. 802.11 초기 PHY

방식 원본 이미지 내용
IR 802.11 IR, 1/2 Mbps
FHSS 2.4 GHz, 1/2 Mbps
DSSS 2.4 GHz, 1/2 Mbps
OFDM 5 GHz

22. 802.11b

일반 이미지에는 802.11b를 DSSS 계열 확장으로 기록한다.

802.11b → 5.5 / 11 Mbps

23. 802.11a

802.11a는 5 GHz OFDM을 사용하며 다음 전송률이 이미지에 기록되어 있다.

6 / 12 / 24 Mbps

선택적으로

9 / 18 / 36 / 54 Mbps

가 표시되어 있다.

24. 802.11g

IEEE 802.11g는 2.4 GHz 대역과 OFDM을 사용하는 형태로 일반 이미지에 기록되어 있다.

802.11g → 2.4 GHz + OFDM

25. 보안

NeoStudio에서는 무선 LAN 보안으로 WEP를 먼저 기록한다.

그러나 WEP는 취약점이 있어 인증·기밀성·데이터 무결성 측면에서 문제가 있다고 정리한다.

WEP → Security Weakness

26. 802.11i

NeoStudio에서는 WEP의 취약점을 개선하기 위해 802.11i가 개발되었다고 기록한다.

WEP Weakness → 802.11i

기능은 다음 세 가지로 정리되어 있다.

  1. 인증
  2. 기밀성
  3. 데이터 무결성

27. AES

인증 서버 AS를 요구하는 인증 Protocol과 함께 AES 적용이 기록되어 있다.

802.11i → AES

NeoStudio에는 AES를 128 bit 방식으로 기록하고 있다.

AES = 128 bit

28. 기존 장비 Upgrade

기존 장비 Upgrade와 관련해 RC4 기반 방식에 대한 메모가 있다.

마지막 페이지의 RC4 / 기존 장비 Upgrade 관련 문장은 손글씨가 일부 불명확하여 WPA / TKIP 등의 외부 보안이론으로 임의 확대하지 않았다.

29. 전체 구조

                     IEEE 802
                        │
              ┌─────────┴─────────┐
              ▼                   ▼
             LLC                 MAC
              │                   │
       상위계층 Interface       매체접근
              │                   │
              │          ┌────────┴────────┐
              │          ▼                 ▼
              │         DCF               PCF
              │      경쟁서비스          무경쟁서비스
              │          │
              │          ▼
              │       DIFS
              │       Backoff
              │
              ▼
          LLC Service
      ┌───────┼────────┐
      ▼       ▼        ▼
   비접속   접속형   승인 비접속

                        │
                        ▼
                  IEEE 802.11 PHY
             IR / FHSS / DSSS / OFDM

                        │
                        ▼
                      Security
                        │
                  WEP → 802.11i
                        │
                        ▼
                       AES

30. 이미지 · NeoStudio 핵심 정리

항목 원본 내용
IEEE 802 OSI Data Link를 LLC + MAC으로 분리
LLC 상위계층 Interface, Error / Flow Control
MAC 신뢰성 있는 전송, 접근제어, 보안
Encapsulation LLC PDU → MAC Header/Trailer → MAC Frame
DCF 경쟁서비스, DIFS + Backoff
PCF 무경쟁서비스
IFS SIFS < PIFS < DIFS
802.11 PHY IR, FHSS, DSSS, OFDM
802.11b 2.4 GHz DSSS, 5.5 / 11 Mbps
802.11a 5 GHz OFDM, 최대 54 Mbps 표기
802.11g 2.4 GHz OFDM
Security WEP 취약 → 802.11i → 인증·기밀성·무결성, AES
이 HTML은 페이지 본문과 Wikipedia, K-MOOC, YouTube 등 외부 링크를 사용하지 않고, 일반 이미지 5장과 NeoStudio PDF 1개(총 6페이지)만 OCR/시각 판독하여 작성했다. NeoStudio PDF 6페이지는 모두 직접 확인하였다. 일반 이미지 5장은 OSI와 IEEE 802 계층 대응, Protocol Encapsulation, 802.11 DCF/PCF 구조, MAC Timing, 802.11 PHY 계열을 보여준다. NeoStudio는 LLC/MAC 분리 이유, LLC Service, MAC의 신뢰성·접근제어·보안, DCF, 802.11 보안 개선을 중심으로 기록한다. RTS/CTS, Hidden Node, NAV, BSSID, Association 절차 등은 이번 원본 이미지와 NeoStudio에 명확하게 설명되어 있지 않아 추가하지 않았다. 마지막 페이지의 WPA / RC4 / 기존 장비 Upgrade 관련 일부 필기는 명확하지 않아 외부 무선보안 이론으로 보완하지 않았다.
IEEE 802.11, IEEE 802, WLAN, Wi-Fi, LLC, MAC, PLCP, PMD, DCF, PCF, CSMA/CA, DIFS, SIFS, PIFS, Binary Exponential Backoff, FHSS, DSSS, OFDM, WEP, 802.11i, AES
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