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에피소드 2 와이파이

category Etc/Broad Cast Script 2017.08.18 15:26

와이파이 정의

  • WLAN(Wireless Local Area Networking)으로 IEEE 802.11 표준에 기반하여 운영
  • 기본적으로 MAC(Media Access Control)과 네트워크 OSI 7 계층에서는 물리 계층으로 분류
  • 서로 다른 제조사가 만든 무선기기가 연결할 수 없는 문제를 가질 수 있어 규격화된 IEEE 802.11이 채택되도록 단체가 만들어짐
  • 이 단체 이름이 와이파이 얼라이언스(WiFi Alliance)

네트워크 분류

  • 로컬 네트워크 (내 PC, 로컬호스트로도 불림)
  • 근거리 네트워크 (사무실 정도, 사설 아이피 대역) - 와이파이에 해당
  • 장거리 네트워크 (지역 구분이 없는 네트워크)

용어 설명

  • 주파수
    • 아날로그 전파 신호에서 한 신호의 넓이, 영어로 스펙트럼(Spectrum)
    • 주파수가 높을 수록 직진성이 강해짐
      • 도달 거리가 짧아짐
      • 전송 속도는 빨라짐
  • 전파 대역폭
    • 한 주파수에서 해당 주파수를 인식할 수 있는 범주의 넓이를 의미, 영어로 밴드위스(Bandwidth)
  • 데이터 대역폭
    • 일정 시간동안 전송할 수 있는 데이터 최대량을 의미
    • 단위는 bps를 사용
    • 1Gbps는 1초당 1기가 비트를 전송할 수 있는 대역폭을 의미
    • 네트워크 기사가 기가비트에요 라면 이는 8로 나누어서 초당 몇 메가바이트가 전송되는지 계산할 수 있음 

IEEE 802.11 표준

  • 802란 LAN/MAN 표준이며 이에 기반하여 만들어진 표준
  • 900MHz, 2.4, 3.6, 5 그리고 60GHz 주파수 대역으로 구현
  • 1997년에 발표되었으며, 기술이 발달함에 따라 개정됨 - 표준 최초 작성은 802.11-1997로 부름
  • 발표된 순서 
    • 802.11-1997 > 802.11b > 802.11a > 802.11g > 802.11n > 802.11ac > 802.11ad
    • 대표적인 순서로 언급했으며, 보급되지 않은 표준들도 상당히 많음
      • 802.11-1997 (802.11 legacy)
      • 802.11a (OFDM waveform)
      • 802.11b
      • 802.11g
      • 802.11-2007
      • 802.11n
      • 802.11-2012
      • 802.11ac
      • 802.11ad
      • 802.11af
      • 802.11ah
      • 802.11ai
      • 802.11aj
      • 802.11aq
      • 802.11ax
      • 802.11ay
      • 802.11-2016
    • 인기있는 표준은 802.11a부터 시작
  • 802.11ad는 와이기가라는 이름으로 사용

IEEE 802.11 표준 역사

  • 1997년 1월 - 802.11-1997
    • 최초로 만들어진 802.11-1997은 주파수 2.4GHz , 대역폭 20MHz, 전송속도 2Mbps = 250KB/s
    • 무선통신 기술로 FHSS와 DSSS를 사용 - 이를 전파 변조 방식이라 부름
      • DSSS는 Direct Sequence Spread Spectrum의 약자로 직접확산변조라 불림
        • 이 기술은 미국 GPS, 유럽 갈릴레오, 러시아 GLONASS 위성 항법 시스템 등에서 사용
        • 이 기술은 노이즈로부터 간섭이 심하고 신호세기가 약함
        • 우리에게 친숙하게 다가오는 형태
          • 집에서 사용하는 무선 전화기 - 엄마몰래 무선전화기로 밤새도록 이성과 통화하던 그때 그 기술
          • 또 다르게 친숙하게 다가오는 형태로 RC(Radio Controlled)카에 사용
        • 최근에 이 기술을 물리 계층에 접근할 수 있게 소프트웨어을 섞어 IEEE 802.15.4로 개편, 사물인터넷이 사용하는 ZigBee, RIOT, TinyOS, RTOS 와 같은 통신으로 발전
          • ZigBee는 프로토콜로 저전력 사설 네트워크를 구축하는데 사용 - 5,6,7,8 지하철을 운영하는 서울도시철도가 종합감시시스템을 역사내에 구축하기 위해 선택한 프로토콜
          • RIOT, TinyOS, RTOS는 사물인터넷용 운영체제
      • FHSS는 Frequency-hopping spread spectrum의 약자로 주파수도약변조라 불림
        • 수신자와 송신자의 주파수가 일치해야 데이터를 전달하는 방식
        • 우리에게 친숙하게 다가오는 형태
          • 군대에서 사용하는 무전기 통신이 대표적인 케이스(전파 방해나 잡음 간섭에 강함)
          • 요즘 사용하는 블루투스 등 여기에 해당
  • 1999년 9월 - 802.11b
    • 느린 속도를 개선하기 위해 802.11b 표준이 만들어졌음
      • 주파수 2.4GHz, 대역폭 20MHz, 전송속도 11Mbps = 1.375MB/s로 구현되었으나 실제 기술 구현 과정에서 6-7Mbps/s = 약 750KB/s로 구현
      • 802.11-1997과 같은 DSSS를 사용
      • 802.11-1997에서 802.11b로 개정되는 시기
      • 이 시기는 유선에서 무선이라는 신기술이 보급되던 즉, IT 발전이 가속화되던 시기어서 많은 제품들이 이 기준에 의거하여 생산되어 폭넓게 사용하기 시작
  • 1999년 9월 - 802.11a
    • 기술 구현의 문제로 이를 해결하고자 같은달 바로 802.11a 표준이 공개되며 더욱 빠른 무선 네트워크환경을 구성함
      • 2.4Ghz가 아닌 3.7Ghz | 5Ghz , 대역폭 20MHz, 전송속도 54Mbps =  6.75MB/s
        • 2.4GHz 보다 5Ghz는 노이즈 간섭이 적고, 더 넓게 전파할 수 있는 장점이 있음
        • 하지만 건물, 나무 등 주변 환경에 영향을 많이 받음 - 문만 닫혀있어도 통신이 끊어지기도 함
        • 기존의 2.4GHz를 사용하는 제품이 많았던 탓에 2.4GHz와 호환되지 않는 5GHz는 비인기였음
        • 그래도 호환되지 않기에 무선 전화기나 블루투스 같은 제품과 간섭이 일어나지 않음
      • DSSS가 아닌 OFDM로 구현
        • OFDM은 Orthogonal Frequency-Division Multiplexing의 약자로 한국말로 직교 주파수 분할 다중 방식이라 부름
        • 이 방식은 주파수를 분할하여 전송할 수 있는 방식으로 디지털 데이터를 전송하는데 널리 사용
        • 쉽게 설명하면 ADSL, VDSL등 디지털 가입자 회선(DSL, Digital Subscriber Line), 오디오 방송, 4세대 이동 통신(4G) 등 다양한 영역에서 사용 - 그래서 터널 지날때 끊김...
  • 2003년 1월 - 802.11g
    • 무선통신과 관련된 제품 제작은 802.11b로 많이 진행됬는데, 속도는 802.11a가 빠르며, 이 둘은 호환이 되지 않았기에 만들어진 802.11g
      • 주파수 2.4GHz를 사용하는데 반해 속도는 54Mbps = 6.75MB/s 즉 b와 같은 속도를 지원
      • 제품이 많은 802.11b와 호환되기 때문에 802.11g가 공개되자마자 802.11a는 바로 시장에서 사장됨
        • 이 표준이 만들어지면서 무선랜 노트북이 본격적으로 등장
        • 2007년 아이폰도 이 표준을 따르는 장치를 사용
      • 기술은 OFDM과 DSSS를 함께 사용
  • 2009년 10월 - 802.11n
    • 802.11n은 현재 가장 많이 사용화되어 보급되는 무선네트워크 기술
    • 대부분의 공유기와 노트북이 이 표준을 지원
      • 2개의 대역폭 20MHz과 40MHz을 지원
      • 하지만 기존의 다른 표준도 지원하기 위해 보통  802.11 b/g/n 무선랜 또는 최신 기기의 경우 802.11 n/ac 와 표기하며 지원
      • 단점은 802.11 n 보다 낮은 하위 표준과 연결되면 그 속도로 통신을 지원 - 무선공유기 제품이 구리면 최신 노트북 무선 네트워크 속도도 구림
      • 2.4GHz와 5GHz 주파수를 모두 지원하는 모델로 만들어 짐
      • 최대 600Mbps = 75MB/s 를 지원
      • 이때부터 MIMO-OFDM 방식을 사용
        • MIMO는 Multiple-input Multiple-Output의 약자로 4개의 스트림을 동시에 처리할 수 있어 빠른 통신이 가능함 - 안테나 네개 무선 공유기 제품(일반적으로)
        • MIMO 기술은  3G, 4G, 4G-LTE에도 사용됨
        • MIMO는 안테나의 효율성을 높이기 위해 다수의 안테나를 구축하는 것
        • 이 중 스마트 안테나를 빔포밍이라 부름
        • 기지구는 엄청 많은 안테나를 가지고 공유기는 여러개의 안테나를 가지며 단말기는 한개의 안테나를 가짐
  • 2013년 12월 - 802.11ac
    • 802.11ac는 802.11n에서 개편된 표준
      • 4개의 대역폭 20MHz, 40MHz, 80MHz를 지원
      • 현재는 MU-MIMO를 지원하는 "Wave 2" 장치에 의해 160MHz 을 지원
      • Multi-User MIMO의 약자
      • MIMO 기술을 지원하여 8개의 스트림이 동시에 처리 - 안테나 8개 무선 공유기 제품(일반적으로)
      • 5GHz 주파수만 사용 - 2.4GHz 주파수 모델과 호환이 되지 않음
      • "Wave 2"장치까지 포함하여 안테나 8개를 모두 160MHz로 사용하면 최대 약 3.7Gbps = 462.5MB/s
  • 번외 - 2009년 12월 - 802.11ad
    • 802.11ad는 802.11ac보다 일찍 나옴
      • 허가없이 사용할 수 있는 60GHz 주파수 대역을 사용
      • 60GHz는 밀리터리파라고 불림
      • 기존 제품과 호환성이 없어 표준만 만들어지고 시장성은 낮음
      • 직진성이 강하기에 속도는 매우 빠르나 장애물에 약함 - 10미터 이내 근거리 초고속 데이터 통신
        • 빔포밍(Beamforming)을 통해 신호 강도 극대화로 해결
    • 이 주파수를 사용하도록 기술 채택을 제고하는 단체인 와이기그 얼라이언스(WiGig, Wireless Gigabit Alliance) 조직이 만들어짐
      • 하지만 나중에 와이파이 얼라이언스와 통합되어 2.4GHz, 5GHz 주파수를 추가 지원하여 기존 제품과 호환성을 구성함
    • 최대 7Gbps = 875MB/s를 지원
      • 와이기그가 활성화되면 모든 제품들은 무선으로 컴퓨터와 연결될 수 있음 - 컴퓨터 시스템 안의 전자 회로 기판의 속도와 비슷


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