무선네트워크

무선네트워크는 네트워크 노드 간 무선 데이터 연결을 사용하는 컴퓨터 네트워크이다. 즉, 신호를 전하는 케이블 대신에 무선(전파)을 이용하는 통신 네트워크를 통틀어 이르는 말이다. PC나 PDA 등 단말기의 인터넷 접속에 이용되는 것이 많다. 무선 인터넷 규약에 의해 사용하는 WAP과 넷스팟 등의 무선랜을 사용하는 방법이 대표적이다.

개요

무선랜은 기존 LAN(Local Area Network) 시스템에서 단말과 교환망 사이를 무선으로 접속하는 시스템이다. 옥내 또는 옥외 환경에서 유선 케이블 대신에 전파를 사용하여 허브에서 각 단말(pc, 노트북, 스마트폰, 태블릿pc 등)까지 네트워크 환경을 구축해 주는 근거리 이동통신 시스템이다. 무선랜은 기술적 정의로는 IEEE802.11A/B.G/N/AC/AD/ 표준 규격을 따르는 기술을 의미하며, 와이파이라는 용어로도 불린다. 와이파이는 Wireless fidelity의 약어로서 무선랜 장비의 상호호환성을 인증해 주는 단체인 와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)의 인증 프로그램 명칭이었으나, 무선랜을 지칭하는 고유명사로 사용되었다.

역사

무선네트워크(wireless Network)는 랜 케이블을 사용하지 않는 네트워크를 말한다 IEEE에서 만든 무선네트워크에 관한 표준 IEE 802.11을 기반으로 한다. 1970년에 하와이 대학에서 컴퓨터 통신 네트워크 알로하 넷을 개발한 것이 무선네트워크의 시초였다. 1991년 초기 무선 랜 제품이 시장에 등장하였고, IEE802.11 위원회가 무선 랜의 표준을 개발하였다. 1999년 7월 뉴욕 맥월드 엑스포에서 스티브 잡스가 아이북을 소개하면서 에어포트가 처음 등장하였고, 이로서 무선 랜을 가정에서 쉽게 사용할 수 있고 소비자가 받아들일 수 있을 만큼의 가격으로 이용할 수 있게 되었다. 에어포트가 출시되기 전 까지 무선 랜은 소비자가 사용하기에는 너무 비쌌으며 대규모 환경에서만 사용하였다.

종류

무선 광역 네트워크

무선 광역 네트워크 WWAN(Wireless Wide Area Networks)란 일반적으로 특정 휴대 전화 서비스 제공 업체가 제공하고 유지 관리하는 휴대 전화 신호를 사용하여 생성된다. 그렇기 때문에 WWAN은 다른 형태의 네트워크 액세스에서 멀리 떨어져 있어도 연결 상태를 유지할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 무선 광역 네트워크는 단일 건물이나 속성을 넘어 무선 신호를 전송하는 네트워크의 특정 유형이다. 반면, 로컬 지역 네트워크 또는 렌은 주거용 또는 상업용 부동산 내에서 컴퓨터 및 기타 하드웨어 조각을 연결한다. 무선 광역 네트워크와 무선 로컬 영역 네트워크는 또한 사용하는 신호 처리 기술의 유형에 따라 다르다.

무선랜

무선랜(Wireless LAN) WLAN은 우리말로 풀어서 얘기를 하면 무선 근거리 통신망이라고 할 수 있는데, 즉 WLAN은 전파를 사용하는 무선네트워크이다. 백본 네트워크는 일반적으로 무선 사용자를 유선 네트워크에 연결하는 하나 이상의 무선 액세스 포인트가 있는 케이블을 사용하게 되는데, 구성 범위는 작은방에서부터 캠퍼스 전체까지 아무를 수 있을 정도로 어디에서나 가능하다. 무선랜은 무선 신호 전달 방식(일반적으로 확산 대역 또는 직교주파수 분할 다중화 방식)을 이용하여 두 대 이상의 장치를 연결하는 기술이다. 이를 이용해 사용자는 근거리 지역에서 이동하면서도 지속적으로 네트워크에 접근할 수 있다. 오늘날 대부분의 무선랜 기술은 IEEE 802.11 표준에 기반하고 있으며, 와이파이라는 마케팅 네임으로 잘 알려져 있다.

무선 개인 통신망

무선 개인 통신망 WPAN(Wireless Personal Area Network)는 최근 많이 사용하는 무선 장비 기술인 블루투스 기술을 사용해 구성을 한 단거리 네트워크라고 할 수 있다. 일반적으로는 책상과 같은 중앙 위치 근처에서 호환되는 장치를 상호 연결하는 데 사용된다. 일반적으로 사용이 가능한 범위는 대략 10미터라고 할 수 있다. 비교적 짧은 거리인 개인 활동 공간 내의 저전력 휴대기기 간의 무선네트워크의 구성을 할 수 있다.

특징

• 신호 세기 감소 – 송신자와 수신자 사이의 거리가 증가함에 따라 신호 세기가 감소한다.
• 다른 근원지들로부터의 간섭 – 동일 주파수 대역으로 전송하면 무선 전파 근원지들은 서로 간섭 현상을 일으킨다.
• 다중 경로 전파 – 송신자와 수신자 간에 경로 길이가 다른 여러 경로를 거쳐가는 현상이다.

기술 종류 및 변화

802.11a

5 GHz U-NII 대역에서 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하여 최대 54Mbps로 전송하는 미국 전기 전자 학회의 무선랜 표준이다. IEEE 802.11A는 IEEE802.11 WG에서 1999년도에 제정한 표준이다. 5 GHz U-NII 대역에서 OFDM 전송 방식을 사용하여 최대 54Mbps의 속도로 전송한다. 전송 대역폭은 20MHz이고, 부운 반파의 간격은 312.5 kHz이다. 총 64개의 부운 반파 중에서 부운 반파 52개를 사용한다. 나머지 부운 반파 12개 중에서 대역의 양쪽 끝에 있는 1개(좌측 부운 반파 6개, 우측 부운 반파 5개)는 인접 대역에 미치는 간섭을 줄이기 위하여 사용하지 않는다. 그리고 DC에 해당하는 중앙에 있는 부운 반파 1개도 사용하지 않는다. 채널 상태에 따라 변조 및 부호화 방식을 변경하여 6~54 Mbps의 전송속도를 가진다. 사용 가능한 주파수는 5 GHz 대역의 U-NII-1, U-NII-2A, U-NII-2C 그리고 U-NII-3 대역이다. UNII 대역을 이용하기 때문에 기기가 서로 충돌하지 않도록 운반파 감지 다중 접속/충돌 회피 프로토콜을 사용한다.

802.11b

2.4 GHz ISM 대역에서 보수 코드 방식을 사용하여 최대 11Mbps로 전송하는 미국 전기전자학회의 무선랜 표준이다. IEEE 802.11b는 ieee802.11 무선랜 WG에서 1999년도에 제정한 표준이다. 2.4 GHz ISM 대역에서 CCK 방식을 사용하여 최대 11Mbps의 전송속도로 정보를 전송한다. 기존 802.11 표준이 22MHz의 대역폭에서 barker code를 사용하여 1 또는 2 Mbps를 전송하던 단점을 보완하기 위하여 확산 부호의 길이를 11비트에서 8비트로 줄였다. 직교 위상 편이 변조 정보와 배타적 논리합 연산 값을 차동 직교 위상 편이 변조 방식으로 전송한다. 한 번에 8비트의 정보를 8비트의 CCK로 전송하기 때문에 전송속도가 11Mbps로 향상되었다. 즉, 11Mbps가 된다. 한 번에 4비트씩 전송하는 CCK 방식의 전송속도는 5.5 Mbps이다. 사용 가능한 주파수는 2.4GHz 대역의 ISM 대역이고 이 대역을 사용하기 때문에 기기들이 서로 충돌하지 않도록 운반파 감지 다중 접속. 충돌회피 프로토콜을 사용한다.

802.11g

2.4 GHZ ISM 대역에서 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하여 최대 54 Mbps로 전송하는 미국 전기전자학회의 무선랜 표준이다. IEE 802.11g는 IEE 802.11 무선랜 WG에서 2003년도에 제정한 표준이다. 2.4GHz ISM 대역에서 OFDM 전송 방식을 사용하여 최대 54 Mbps의 전송속도로 정보를 전송한다. 전송 대역폭은 20MHz이고, 부운 반파의 간격은 312.5 kHz이다. 총 64개의 부운 반파 중에서 52개를 사용한다. 나머지 부운 반파 12개 중에서 대역의 양쪽 끝에 있는 11개는 인접 대역에 미치는 간섭을 줄이기 위하여 사용하지 않는다 그리고, DC에 해당하는 중아에 있는 부운 반파 1개도 사용하지 않는다. 최대 전송속도는 54 Mbps이나 채널 상태에 따라 변조 및 부호화 방식을 변경하여 6~ 54Mbps의 범위에서 통신한다. 802.11a와는 달리 2.4 GHz ISM 대역을 사용하기 때문에 기기들이 서로 충돌하지 않도록 운반파 감지 다중 접속. 충돌회피 프로토콜을 사용한다. 802.11.g의 전송속도가 802.11a처럼 빠르면서 802.11b와 하드웨어에서 호환이 되는 장점이 있다.

802.11n

미모(MIMO) 기술과 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하여 최대 600 Mbps로 전송하는 미국 전기전자학회의 무선랜 표준이다. IEE802.11 무선랜에서 2009년에 제정한 표준으로 공식 명칭은 IEE 802.11n-2009이다. 이를 줄여서 80.11n이라고 하는데 와이파이 얼라이언스에는 와이파이 4라고도 한다. IEE802.11n은 IEE802.11a/g보다 전송속도, 서비스 범위 그리고 신뢰성을 향상시킨 표준이다. 2009년에 표준화가 안료 된 이후 상용화가 급속히 진행되어 현재 널리 사용된다. 2.4 GHz 대역과 5 GHz 대역에서 사용할 수 있으며 최대 전송속도는 600Mbps이다. 전송속도를 높이기 위하여 4 x 4 MIMO 기술과 64 QAM 변조 기술 그리고 40 Mhz 대역폭을 이용한다. 특히 802.11a/g와 호환성을 위하여 혼합 포맷을 사용한다. 사용 가능한 주파수는 2.4 GHz ISM 대역과 5 GHz 대역의 U-NII-1(5.15~5.23 GHz), U-NII-2A(5.25~5.35 GHz), U-NII-2C(5.35~5.47 GHz) 그리고 U-NII-3(또는 ISM 대역, 5.725~5.850 GHz) 대역이다. 이 대역들을 이용하기 때문에 기기 사이에 충돌하지 않도록 운반파 감지 다중 접속. 충돌회피 프로토콜을 사용한다. 2.4 GHz 대역에는 블루투스, 지그비, 802.11b 등 다양한 소출력 장비가 있어 혼자 바다. 반면에 5 GHz 대역은 대역폭이 수백 MHzf 매우 넓은 데다가 이 대역을 이용하는 소출력 장비가 적어 전송이 쉽다.

802.11ac

5 GHz U-NII 대역에서 다중 사용자 미모 기술과 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하여 최대 6.9 Gbps로 전송하는 미국 전기전자학회의 무선랜 표준이다. IEEE 802.11ac는 IEEE 802.11 무선랜(WLAN) WG(Working Group)에서 2013년도에 제정한 표준으로 와이파이(Wi-Fi) 얼라이언스(Alliance)에서는 Wi-Fi 5라고 부른다. 5 GHz 대역의 U-NII 대역에서 MU-MIMO 기술과 OFDM 전송 방식을 사용하여 최대 6.9 Gbps의 전송속도로 정보를 전송한다. 전송 대역폭은 20, 40, 80 MHz 또는 160 MHz이고, 부운 반파의 간격은 312.5 kHz이다. 따라서 80 MHz 대역폭을 사용하는 경우의 부운 반파의 수는 234개이고, 160 MHz 대역폭을 사용하는 경우에는 468개이다. MU-MIMO를 사용하여 802.11ac는 최대 8개의 스트림(stream)을 여러 사용자에게 고화질의 영상 정보를 전달할 수 있다는 것이 주요 특징이다. 또한 전송 효율을 높이기 위하여 최대 256 직교 진폭 변조(QAM) 방식까지 사용하며 전송 대역폭을 최대 160 MHz까지 사용할 수 있다. 하향 링크(downlink) MU-MIMO를 위하여 802.11ac 표준에서는 NDPA(Null Data Packet Announcement)라는 신호 포맷을 별도로 정의하였다. 사용 가능한 주파수는 5 GHz 대역의 U-NII-1(5.15~5.25 GHz), U-NII-2A(5.25~5.35 GHz), U-NII-2C(5.35~5.47 GHz) 그리고 U-NII-3(또는 ISM 대역, 5.725~5.850 GHz) 대역이다. UNII 대역을 이용하기 때문에 기기들이 충돌하지 않도록 운반파 감지 다중 접속/충돌회피(CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 프로토콜을 사용한다.

구조

무선네트워크 구조

• 유선에다가 ap 연결해서 사용하는 방법 -> 유선랜 하부 인프라 구조
• AP 없이 단말 간 상호 연결을 통한 통신 -> 애드 혹 구조

유선 랜 하부 인프라 구조

유선 랜 하부 인프라 구조

하부 구조 모드는 개방형 네트워크 프로토콜을 사용해 서로 다른 기종 간의 연결뿐만 아니라, 서버의 부하를 최소한으로 하여 노드 수가 증가하더라도 문제가 되지 않는다. 중앙 집중식의 정보 공유를 하므로 애드 혹 모드 방식보다 빠른 속도로 액세스할 수 있으며, 많은 수의 컴퓨터들을 공유할 경우에 효과적이다. 데이터 전송을 AP가 전송하므로 효율적인 관리가 가능하며, IP가 독립적으로 인식되어 외부 네트워크에 직접 접속된다. 대규모의 무선네트워크 구축이 가능하며 중앙 집중식 정보 공유로 빠른 속도로 액세스할 수 있다. 그러나 AP가 필요하므로 별도의 추가 비용이 소요된다.

1. 유선 랜 스위치에 무선랜 중계기를 유선으로 접속
2. 무선 랜 중계기 ap와 무선 단말 구간을 무선 접속

애드혹(ad hoc) 구조

애드혹 구조

오늘날 무선네트워크의 경우, 노드와 사용자 이동성은 주로 포워딩을 통해 처리된다. 하지만 이 같은 포워딩 방식은, 네트워크 가장자리에 있는 노드가 움직일 때만 적용되기 때문에 애드혹(ad hoc) 네트워크처럼 네트워크 중앙에 위치한 노드가 움직이거나 통신 기기가 라우터와 호스트 기능을 동시에 수행하는 경우에는 불가능하다. 따라서 ad hoc 네트워크의 경우, 라우팅 알고리즘이 이동성을 직접 처리한다. 만약 노드가 움직여 트래픽을 다른 쪽으로 강제로 옮기면, 라우팅 프로토콜은 노드의 라우팅 테이블에 일어난 변화를 관리한다. 액세스 포인트(랜 중계기) 없이 무선 단말 간 상호 연결을 통한 통신

보안

• 무선랜 보안: 무선 주파수를 사용, 일정 공간 내 단말기 등을 무선으로 네트워크에 접속할 수 있도록 안전한 통신을 구현하는 기술이다.
• 무선랜 보안의 취약점: 물리적/기술적/관리적 취약점이 존재한다.

물리적 취약점

1. 물리적 취약점은 무선 AP 외부 노출 – 비인가자에 의한 도난, 파손 및 리셋을 통한 설정 초기화 등의 문제가 있다.
2. 무선 단말기 분실 위험 및 정보 유출 – 분실 시, 저장 데이터 유출 및 내부 보안 설정 유출 가능성이 있다.

기술적 취약점

1. 암호화하지 않은 통신 데이터에 대한 도청 – 무선랜은 공기를 전송매체로 하여, Broadcast 하는 특성으로 인한 도청/스니핑에 매우 취약하다.
2. 무선전파 전송 장비에 대한 DoS – 대량의 무선 패킷을 전송하여 무선랜을 무력화, 무선랜이 사용하는 주파수 대역에 방해전파 방사하여 통신에 악영향이 있다.
3. 비인증 AP를 통한 데이터 수집 – 공격자가 불법 무선 AP를 설치하여, 무선랜 사용자들의 접속을 유도, 개인 정보 등 데이터 수집을 할 수 가있다.

관리적 취약점

1. 무선 AP 장비에 대한 관리 미흡 – 파손, 도난 등이 발생하여도, 파악하지 못하는 경우가 다수 발생한다.
2. 사용자의 보안의식 부족 – 보안 정책과 보안 기능을 따르지 않는 사용자에 의해 허점이 발생 가능하다.
3. 전파 출력 관리 부족 – 전파 출력 조정을 하지 않아, 기관 외부로 무선랜 전파가 유출되어, 정보 노출 등의 취약점이 발생 가능하다.

보안 기술 유형

장단점

장점

• 편의성 – 사무실이나 가정에서 쉽게 사용할 수 있다.
• 휴대성 – 언제 어디서나 접속할 수 있다.
• 생산성 – 장소를 옮겨 다니며 원하는 네트워크에 접속할 수 있다.
• 확장성 – 기존의 장비를 사용하여 많은 이용자를 받아들일 수 있다.

단점

• 속도 – 비교적 유선네트워크에 비해 속도가 느리다.
• 신뢰성 – 전파의 감쇄 전파의 간섭 등으로 손상이 발생한다.
• 보안 – 전파를 이용하므로 누구나 packet을 받아 볼 수 있다.
• 범위의 한정 – 802.11g 네트워크의 경우 수십 미터의 거리를 지원한다.

사례

산업용 무선네트워크 구축 사례

MOXA의 산업용 무선네트워크 환경 구축된 사례이다. MOXA는 중국과 미국의 지하 광산에 MOXA의 신뢰성 있는 무선 LAN 환경을 구축하였다. 지하 갱도의 모든 구역을 무선 랜 환경을 구축하고, 무선 환경을 통해 실시간으로 지상의 제어 센터의 통제가 가능하도록 구축되었다. 이때 MOXA 제품의 장점인 무선네트워크의 이중화, 터보 로밍 기능, 맞춤형 RF 서비스가 매우 효율적으로 사용되었다. 산업용 무선네트워크 시스템은 지하 광산의 각기 다른 환경 조건(독성가스, 습도, 낙석)에서도 광부의 위치를 추적하고, 이동식 장비와 시스템을 모니터링할 수 있도록 해주었다. 이 시스템에 사용된 것은 듀얼 RF 설계된 여러 대의 AWK-6222를 지하의 이더넷 케이블을 따라 액세스 포인트로 설치하여 서로 연결하고, 1개의 AWK-6222는 광산 입구에 AP로 설정하여 1KM 거리에 떨어져 있는 지상 통제실과 무선으로 통신하도록 구축하였다. 채광 작업 시 광물 운반차와 채광 기기, 트럭 등에 AWK-6222를 클라이언트로 설정하여 EDS-205A 스위칭 허브와 결합해 PLC, GPS 장치, 카메라를 랜 케이블로 연결/설치하면 차량과 장비의 배열과 위치를 무선으로 모니터링할 수 있었다.

삼양사 대형 물류창고 무선네트워크 시스템 구축

삼양사 대형 물류센터의 업무혁신을 위한 무선네트워크 시스템을 구축하였다. 금번 네트워크 시스템 구축에는 실내용 무선 AP, 옥외용 메시 AP 등 대량의 무선중계기를 설치하였으며, 끊임없는 네트워크 통신을 안정적으로 유지, 관리할 수 있는 익스트림 AP 컨트롤러를 설치하였다. 과업 목적에는 대형 냉장/냉동 물류창고에서 입출고되는 재고품을 실시간으로 등록/이동/추적/조회하기 위한 무선네트워크 시스템 구축, 지게차 / 오더피커 등 이동성이 빠른 차량을 통해 작업을 하는 환경에서도 네트워크 접속 상태를 유지하기 위한 로밍 시스템 구축, 80여 대에 달하는 AP들을 한 번에 최대 125EA까지 관리/모니터링이 가능한 AP 컨트롤러를 설치하여 무선네트워크 상태를 실시간으로 감시한다.

참고자료

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• 헬로, 〈무선 네트워크 정의, 구조, 역사〉, 《네이버 블로그》, 2014-10-14
• 정드남, 〈WWAN, WLAN, WPAN 무선 네트워크의 종류〉, 《티스토리》, 2019-09-27
• 〈무선 광역 네트워크〉, 《텍호프디아》
• 〈무선랜〉, 《위키백과》
• made for all, 〈무선 네트워크 기술-컴퓨터 네트워크〉, 《티스토리》, 2016-11-24
• 〈802.11a 무선랜 표준〉, 《네이버 지식백과》
• 〈802.11b 무선랜 표준〉, 《네이버 지식백과》
• 〈802.11g 무선랜 표준〉, 《네이버 지식백과》
• 〈802.11n 무선랜 표준〉, 《네이버 지식백과》
• 〈802.11ac 무선랜 표준〉, 《네이버 지식백과》
• 글로벌셀링 플랫폼, 〈IEEE 802.11 무선랜.WLAN, 와이파이〉, 《네이버 블로그》, 2010-11-12
• 집밖은 위험해 OTL, 〈네트워크 구조〉, 《티스토리》, 2020-05-17
• 〈모바일 에드혹 네트워크〉, 《위키백과》
• Project_s, 〈네트워크 무선 보안〉, 《티스토리》, 2021-02-10
• MOXA, 〈산업용 무선 네트워크 구축 사례(크레인 과 중공업 분야)〉, 《네이버 블로그》, 2015-06-10
• 〈삼양사 대형 물류창고 무선 네트워크 시스템 구축〉, 《USSM》, 2019-07-24

같이 보기

• 네트워크
• 와이파이
• 무선랜
• 랜
• 허브
• 공유기

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