컴퓨터네트워크 12주차 Link Layer 03

주 교재 : Computer Networking : A Top-Down Approach

 

12주차 Link Layer 03

Wireless

1. IEEE 802.11 wireless LANs (“Wi-Fi”)
2. Cellular Internet Access

Mobility

1. Mobility

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1. IEEE 802.11 Wireless LAN

802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, etc...

모두 CSMA/CA를 사용

모두 BS와 ad-hoc 네트워크를 가진다.

 

#802.11 LAN architecture

무선 환경에서 base station은 access point(AP)이다.

Basic Service Set(BSS) = 셀(cell), 무선 연결 집합?

# 802.11: Channels, association

호스트는 AP와 연결되어야만 함.

• 채널을 스캔하고, AP의 이름과 MAC주소를 포함하는 비콘 프레임을 수신함

# 802.11: passive/active scanning

Passive

• AP로부터 비콘 프레임을 받음
• 연결 요청 프레임 전송 : H1에서 선택된 AP로
• 선택된 AP에서 H1으로 연결 응답 프레임 전송

Active

• Probe 요청 프레임을 H1에서 브로드캐스트
• Probe 응답 프레임을 AP로부터 수신
• H1에서 선택된 AP로 연결 요청 프레임 전송
• 선택된 AP에서 H1으로 연결 응답 프레임 전송

Passive vs Active

Passive는 AP로부터 응답을 받고 연결을 요청, 응답하는 방법

Active는 노드가 능동적으로 브로드캐스팅을 통해 AP를 찾는 방법

 

# 802.11 frame: addressing

Address 1 : 무선 호스트 또는 이 프레임을 수신하는 AP의 MAC 주소

Address 2 : 무선 호스트 또는 이 프레임을 전송하는 AP의 MAC 주소

Address 3 : AP가 연결된 라우터 인터페이스의 MAC 주소

Address 4 : ad hoc 모드일 때 사용되는 주소

AP 내부에서는 무선으로 통신하지만, AP에서 데이터가 나갈 때 유선으로 라우터와 연결되기 때문에 MAC 주소를 제공해야한다.

 

# 802.11: advanced capabilities

Rate adaptaion : BS와 모바일은 모바일이 이동함에 따라 전송 속도를 유동적으로 바꾼다.

1. 신호 세기를 올리면 그에 따른 비용이 증가하기 때문에 무한정으로 세기를 올릴 수 없다.

2. 다양성을 고려하는 것. 에러가 발생하면 신호 세기를 줄여서 에러에 대응한다.

 

# IEEE 802.11: multiple access

802.11은 CSMA 기반으로 전송 전에 sensing을 한 번 한다.

그러나 hidden termial 문제와 signal fading 문제 때문에 충돌을 감지할 수는 없다.

두 가지 문제에서 중간에 낀 B는 정보를 알기 때문에 이를 이용해서 충돌 회피 (Collision Avoidance)방식을 사용한다.

 

# IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA

802.11 sender

1. DIFS 동안 채널이 유휴 상태인 것을 스캔했다면, 전체 프레임을 전송

2. 채널이 바쁘다면, 채널이 유휴 상태일 때까지 랜덤 backoff 타이머를 돌린다. 타이머가 끝나면 전송
    ACK가 없으면, 랜덤 backoff interval을 늘리고, 2번을 반복

802.11 receiver

1. 프레임이 정상적으로 수신된 경우, SIFS 이후에 ACK를 전송한다.

 

# Avoiding collisions

Sender는 RTS를 BS에게 CSMA를 사용해서 전송함

BS는 CTS를 브로드캐스트해서 다른 Sender가 연결하지 못하게 한다.

# 802.15: personal area network

블루투스

ad hoc 모드임. 그러나 master device는 존재

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Mobility

# 용어 설명

home network : 모바일의 영구적인 Home

permanent address : 홈 네트워크에서의 주소, 모바일에 접근하기 위해 사용됨

home agent : 모바일이 원격일 때 모바일을 대신하여 mobility 기능을 수행할 엔티티

visited network : 모바일이 현재 위치한 네트워크

care-of-address(COA) : 방문한 네트워크에서의 주소

foreing agent : 모바일을 대신하여 mobility 기능을 수행하는 방문 네트워크의 엔티티

correspondent: 모바일과 소통하고 싶어하는 기기

 

# Mobility via indirect routing

mobile uses two addresses

• premanent address : correspondent가 요청을 보내는데 사용
• care-of-address : 홈 에이전트가 데이터그램을 모바일에 전송하기 위해 사용

triangle routing

• correspondent와 모바일이 같은 네트워크에 있을 때 비효율적이다.
• 중간에 거쳐가는 망이 복잡하면 그만큼 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다.

# Mobility via direct routing

triangle routing 문제를 극복함

correspondent는 COA를 홈 에이전트로부터 수신함 -> 직접 통신 가능

 

# Accommodating mobility with direct routing

anchor foreign agent : 첫 번째 방문 네트워크의 FA

데이터는 항상 첫 번째 anchor FA로 라우팅된다.

모바일이 움직이면, 새로운 FA는 오래된 FA로부터 데이터를 받을 준비를 한다.

 

# Components of cellular network architecture

Cell

• 지리적 지역을 커버
• Base Station(BS)
• 모바일 유저는 BS를 통해서 네트워크와 연결
• air-interface : 모바일과 BS 사이의 물리적, 링크 계층 프로토콜

MSC(Mobile Switching Center)

 

# Cellular networks: the first hop

Mobile-to-BS 무선 스펙트럼을 공유하기 위한 두 가지 기술

• 결합된 FDMA/TDMA
• CDMA : 이 방법이 우세

# 2G (voice) network architecture

 

# 3G (voice+data) network architecture

2G 망에 병행적으로 새로운 셀룰러 데이터 네트워크를 올림

음성 네트워크는 코어에서 변하지 않음

데이터 네트워크가 병렬로 작동

# 4G network architecture

모든 IP 코어: 베이스 스테이션에서 게이트웨이로 (코어 IP 네트워크를 통해) 터널링된 IP 패킷

음성과 데이터가 분리되지 않음. IP 코어를 통해 게이트웨이로 전달되는 모든 트래픽

 

# 5G network architecture

빠른 데이터 전송 속도

초저지연

에너지 효울성

 

# GSM : handoff with common MSC

1. 이전 BSS는 임박한 핸드오프를 MSC에 알리고 1개 이상의 새 BSS 목록을 제공
2. MSC는 새로운 BSS에 대한 경로(자원 할당)를 설정
3. 새로운 BSS는 모바일에서 사용할 무선 채널을 할당
4. 새로운 BSS는 MSC에 신호를 보내고, 이전 BSS: 준비 완료
5. 이전 BSS는 모바일에게 "새로운 BSS로 handoff 수행"하라고 전달
6. 모바일과 새로운 BSS는 새로운 채널을 활성화하는 신호를 보냄
7. 모바일은 새로운 BSS를 통해 MSC에 신호를 보냄 : Handoff 완료. MSC는 호출을 다시 라우팅함
8. MSC와 이전 BSS 간의 자원 해제

# GSM: handoff between MSCs

• anchor MSC : 호출 중에 방문한 첫 MSC
• 모바일이 새로운 MSC로 이동함에 따라 새로운 MSC가 MSC 체인의 끝에 추가
• 다중 MSC 체인을 단축하기 위한 선택적 경로 최소화 단계