이동전화의 발전과정에 대해 살펴보고 GPS, 네비게이션 등 위성네트워크에 대해 살펴본다. 그리고 인터넷 프로토콜인 IP프로토콜에 대해 살펴본다.

이동 통신

• 이동전화, 기지국, MSC로 구성된다.
• 이동전화와 기지국간에는 무선 통신으로 기지국간, 기지국과 MSC간에는 유선으로 통신한다.(부산으로 통신한다면, 모든 구간을 무선으로 통신하는게 아니라 이동전화와 기지국간에만 무선통신하고 부산까지는 유선으로 통신하게 된다.)
• 그래서 유선의 비율이 더 높다.
• 이동전화 서비스 영역인 동시에 한 기지국이 관할하는 영역을 cell이라 한다. 그 cell 영역 안에서 기지국의 관리를 받으면 전화하게 된다.
• 각 기지국은 MSC(Mobile Switching Center)로 제어
• MSC는 전화연결, 과금 정보를 기록한다.

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• 이동전화는 우리가 이동을 하면 신호가 한 셀에서 약해진다. 이때 통신하기에 적절한 cell을 찾게 되는데, 그러한 기지국간 이동을 handoff라 한다.
• 기지국을 탐색하는 작업은 무작위 접근(random access)으로 탐색하게 된다.
• 기지국을 연결하는 방식에는 2가지가 있다.
  • Hard handoff - 먼저 기존의 연결을 끊고 새로운 cell에 연결한다.
  • Soft handoff - 먼저 새로운 cell에 연결시키고 기존의 연결을 끊는다. 이동 단말이 동시에 두 기지국을 연결

이동 전화 계보

• 아날로그에서 디지털로, 이후 속도의 발전에 따라 계보가 구분된다.

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1G

• 아날로그 신호를 사용한 음성 통신
• AMPS(Advanced Mobile Phone System)라고 불리기 시작함 - 위치가 고정된 전화 방식에서 이동식 전화가 가능해진 시스템
  • FDMA를 사용하여 각 채널당 주파수를 단말에 할당
  • 순방향(base station to mobile station), 역방향(mobile station to base station) 채널 2개의 아날로그 채널을 사용

2G

• 디지털화된 음성신호를 위해 설계
• 0, 1 간단한 체계
  • 복구에 용이(아날로그는 잡음도 같이 증폭됨)
  • 잡음X
  • 채널 용량 증가
• 우리나라는 CDMA 채택
  • GPS, SMS, 인터넷 사용이 가능해짐
• GSM(Global System for Mobile Communication)은 유럽 표준

3G

• 음성과 데이터 통합 단계
• 데이터 전송속도가 2Mbps까지 빨라짐
• 인터넷 접속이 원활
• CDMA 발전(WCDMA, CDMA2000)

4G

• ALL IP로 디지털 데이터와 음성통신을 통합
• 데이터 전송속도가 100Mbps까지 빨라짐
• 인터넷접속 및 멀티미디어 통신이 원활
• WCDMA에서 확장된 LTE와 CDMA2000에서 확장된 Wibro로 나뉨
•  

위성 네트워크

• 인공위성을 이용한 통신 형태
• 2개의 Van Allen 벨트로 인해 위치가 나뉨
  • Van Allen는 하전입자를 갖는 계층을 의미
  • Van Allen 벨트에 인공위성이 위치할 경우 하전입자에 의해 파괴될 수 있음
  • 따라서 이 공간에 위성이 위치할 수 없음

  • 

• 벨트를 기준으로 공간을 나누면 LEO, MEO, GEO
• GEO
  • 정지궤도 위성으로서 지구의 자전속도와 동일하게 움직임(고정된 것처럼 보임)
  • 북극에서 봤을 때, 각 위성이 120도 차이로 존재

  • 

• MEO
  • 2개의 Van Allen 벨트 사이에 위치
  • 6~8시간에 한번 씩 지구를 돌며, gps로 주로 사용
    • 6개의 궤도로 24개 위성이 돌고 있음

  • 

  • GPS에서는 4개의 위성으로부터 정보를 받아야 위치 계산이 가능
    • 평면에서는 3개의 점으로부터 거리를 알면 위치 추적이 가능하나, 공간에선 4개가 필요

  • 

• LEO
  • 지구와 가장 가까이 인접해 있기 때문에, 전파지연이 적어서 음성 통신에 주로 사용
    • 왕복 전파지연시간 20ms 이내
  • 이리듐 위성 사용
  • 90~120분에 한번씩 지구를 돌고 있음
  • 6개의 궤도에서 각 궤도 당 11개의 위성(총 66개의 위성)

  • 

네트워크 프로토콜의 연결형, 비연결형 프로토콜에 대해 소개하며,
네트워크 계층의 대표 프로토콜인 인터넷 프로토콜의 패킷의 형태와 패킷의 내부, 단편화에 대해 학습한다.

네트워크 프로토콜의 구분- 연결형, 비연결형 네트워크

• 연결형 네트워크: 연결 설정을 먼저 한 다음에 데이터를 보냄
• 비연결형 네트워크: 데이터가 생기면 바로 보내버림(연결설정 과정 없음) Unit Data Transfer

IP(인터넷 프로토콜) = 대표 비연결형 네트워크

IP 특징

• 비신뢰성(패킷을 보내면 이게 목적지에 잘 갈 수도 중간에 없어질 수도 있다.)
  • 만약에 없어진다고 하더라도 IP에서 하지는 않지만 다른 계층에서 재전송을 하여 복구한다.
• 비연결형
• Best-effort 전달 서비스
• 에러 제어X(사용자 데이터가 에러가 있는지 없는지 확인 안 한다. 헤더만 확인)
  • 헤더에 에러나면 바로 버린다.
• 흐름 제어X(송신자 쪽에서 패킷을 보내고 수신 측에서 수용 능력에 따라 조절하는 것)
• 효율성이 좋다(매 패킷마다 가장 좋은 길로 전달)

IP 패킷의 형태

• IP 패킷 또는 IP 데이터그램

• 

1. 버전
   • IPv4 또는 IPv6
   • IPv6는 오래 전에 개발했지만 오늘날 와서 사용하게 됨
2. 헤더 크기(Header length: HLEN)
   • 헤더의 크기를 나타내는 것으로 4바이트 단위로 나타낸 크기
   • 헤더의 크기는 20~60 바이트로 가변적
3. 서비스
   • ip 패킷의 서비스의 형태
   • 응용서비스마다 주요하게 다루어야 할 특성을 명시
     • 지연시간, 신뢰성, 처리량 등
4. 전체 길이
   • IP 데이터그램을 바이트단위로 나타낸 전체 길이
5. 생존시간(Time to live: TTL)
   • IP 데이터그램이 지나가는 최대 홉(hop)의 수
   • 각 라우터를 지나갈 때마다 1씩 감소
   • 값이 0이 되면 라우터는 해당 데이터그램을 폐기
   • 무한 사이클을 방지함
6. 프로토콜
   • IP 계층 위에 존재하는 상위 프로토콜이 무엇인지 명시
   • TCP/ UDP/ ICMP/ SCTP 등

   • 

7. 체크섬
   • IP패킷의 헤더에 대한 오류 검사를 위해 사용(데이터는 체크 X)
   • 계산 방법
     • 처음에 체크섬의 값을 0으로 설정
     • 전체 헤더를 16비트 단위로 구분하여 1의 보수 연산을 수행
     • 결과 값을 보수로 만들어서 체크섬 필드에 저장
     • 즉, 헤더 부분을 16비트 워드로 보고 쭉 덧셈해서 나온 결과를 보수 취해서 보내면 모두 합했을 때 0이 됨. 그러면 에러 없다고 판단 안되면 어딘지는 모르겠지만 에러가 있다고 판단하여 폐기

     • 

8. 송신자 주소와 목적지 주소
   • 송신자와 수신자의 IP주소를 의미

단편화(Fragmentation)

• IP패킷을 네트워크가 수용할 수 있는 크기로 맞춰서 잘라내는 것
• 프레임의 크기와 형태는 네트워크에 따라서 다름
• IP패킷은 여러 네트워크를 경유하기 때문에 다양한 데이터링크 프로토콜을 거쳐감
• IP패킷은 네트워크가 수용할 수 있는 크기로 분할, 이를 단편화라 함
• MTU(Maximum Transfer Unit)가 정해져 있음
• 압축할 수 있는 것도 아니고 줄일 수 있는 방법은 자르는 것. MTU 사이즈로 자름

• 

단편화 옵션

플래그

1. 3비트로 구성되며 첫 번째 비트는 사용하지 않음
2. 두 번째 비트는 단편화 금지를 의미(D: Do not fragment)
3. 값이 1이면 단편화 하지 말라는 의미
   • 만약 안 자르고는 못 보내면 그 패킷은 폐기
   • 세 번째 비트는 "단편이 더 있음"을 의미(M: More fragments)
   • 값이 1이면 "단편이 더 있음"을 의미
   • 값이 0이면 마지막 단편을 의미

   • 

4. 단편화 위치 값(Fragmentation offset)
   • IP는 비연결형이기 때문에 단편화된 데이터의 순서가 항상 정렬된 상태가 아님
   • 그 순서를 명시한게 offset-처음 위치에서 얼마나 떨어져 있느냐를 나타냄
   • 8로 나눠서 바이트 순서를 명시함(1, 2, 3, 4 이렇게 명시 하는 게 아니라)

   • 

5. 옵션
   • 옵션은 최대 40바이트까지 가능

   • 

 1. Record route
    - ip패킷이 어떤 장치들을 지나가는지 ip 주소를 저장할 수 있음
 2. Strict source route
 3. Loose source route
 4. Timestamp
    - 통신 장치를 거칠 때마다 몇 초대에 지나갔는지 명시할 수 있음

선이 없이 네트워크가 연결되는 무선 LAN에 대해 살펴보며, 무선 LAN에 구조에 대해 살펴보고 네트워크와 네트워크를 연결해주는 장치에 대해 알아본다.

1. 무선 LAN

• 무선 LAN은 BSS와 ESS 두 종류의 서비스를 지원
• 하나의 AP를 지원하냐, 둘 이상의 AP 그룹을 지원하냐의 차이
• ESS를 사용하면 여러 AP들이 커버하고 있는 어떤 지역에서도 로밍할 수 있다.
• AP(Access Point) 를 유무선 공유기라고도 함
• 흔히 IP 공유기라고 부름
• 무선 LAN과 직접적으로 연관된 무선 LAN 장비를 AP라고 부른다.
• 카페, 집에서 어떤 WIFI 리스트를 보고 선택을 하게 되는데, 그게 바로 무선 장치 즉, AP를 선택하는 행위

Basic Service Set(BSS)

• Infrastructure 모드/ Ad hoc 모드로 나뉨
• WI-FI에도 두 모드를 지원
• WIFI는 대부분 인프라 모드를 사용하여 작동

Infra 모드: AP라는 중앙의 기지국을 이용하는 모드

• Wi-Fi 액세스 포인트를 기지국이라고 한다.
• wifi wlan 허브를 구입한 후, KT, LGU+, SK브로드밴드와 같은 인터넷 서비스 제공업체(ISP)가 제공하는 가정용 라우터의 통신 포트에 연결하여 기지국을 인터넷에 연결한다.
• 기지국 아래에 수백 개의 단말기가 존재해도, 서로 직접 통신할 수는 없고 기지국(허브)을 통해서만 통신할 수 있다.

Ad hoc 모드: AP가 없는 모드

• 중간에 AP 장치를 경유하지 않고 직접 통신하는 모드
• 다른 통신 기반 시설없이 무선 어댑터가 설치된 단말만으로 네트워크의 구성이 가능
• 기지국이 없음이 무선 단말기들이 서로 직접 통신. 곧 단말이 라우터, L3의 역할을 하는 것
• 예를 들어, 북한에 간다면 사용할 수 있는 인프라 네트워크가 존재하지 않는다. 이 경우, 군인들이 사용하는 무선기기들과 통신하기 위해서는 Ad-hoc 네트워크를 사용해야 한다.
• 단말이 많아질 수록 네트워크의 범위도 그만큼 넓어지고 통신 범위도 넓어진다. 단, 통신 범위 거리 안에 있어야 한다.
• 하나의 독립적인 IBSS는 다른 IBSS에 연결할 수 없다. IBSS끼리 서로 통신할 수 없다.

• 

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Extended Service Set(ESS)

• 여러 BSS로 구성된 서비스를 의미
• BSS는 분산 시스템이라고 불리는 유선 네트워크에 연결된다.

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• 

기본적인 Wi-Fi 동작

Wi-Fi 인터페이스를 켜면 기지국(AP)가 검색된다.

각각은 BSS ID라고 불리는 기지국의 고유 이름이다.

이 기지국들이 동일한 무선 주파수를 사용하면 서로 간섭이 발생한다. 예를 들어, 동시에 여러 개의 라디오를 켜면 제대로 소리를 들을 수 없다. TV 채널이 서로 다른 것처럼 Wi-Fi는 약간 다른 주파수를 설정하여 채널로 나뉜다. 채널 스캐닝을 통해 어떤 기지국이 어떤 채널을 사용하고 있는지 파악하고, 최대한 간섭을 줄이는 채널을 선택합니다. 채널 스캐닝 결과, 어떤 기지국이 있고 어떤 세기의 신호가 있는지 등등의 정보를 얻게 된다.

이러한 신호 정보를 '비콘'이라고 한다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11 기반 WLAN의 매니지먼트 프레임 중 하나이다. 비콘 프레임은 주기적으로 전송되어 무선 LAN의 존재를 알린다. 비콘 프레임은 BSS에서 AP에 의해 전송이 된다. Wi-Fi를 사용하는 디바이스는 사용 가능한 채널들을 검색하는 두 가지 방법(능동/수동) 중 하나를 사용할 수 있다. 능동 스캔 중에는 클라이언트 라디오가 직접 probe 요청을 전송하고, AP로부터 probe 응답을 수신한다. 수동 스캔에서 클라이언트 라디오는 각 채널에서 AP가 주기적으로 보내는 비콘을 수신 받기 위해 대기한다.

기지국은 일정 시간 간격으로 '비콘'이라는 신호를 보낸다. 이 비콘에는 타임스탬프, 시간 간격, SSID, 사용된 채널 번호, 기능 정보와 같은 기지국에 대한 유용한 정보를 포함하고 있다.

통신하고자 하는 AP를 찾아 선택한 후에는, 'Authentication'과 'Association'이 필요하다. Authentication은 단말이 기지국을 이용할 권한을 가지고 있는지 여부를 확인하는 작업이다. 암호확인은 가장 많이 사용되는 인증방법이다.

이 절차가 성공적으로 수행되면 Association을 한다. 단말은 AP 또는 라우터와 연결(등록)하여 네트워크에 완전히 접근할 수 있다. Association은 AP가 각 단말을 기록하여 프레임이 제대로 전달되도록 한다. Association은 Ad-hoc 모드가 아닌 무선 인프라네트워크에서만 발생한다. 이 2가지 절차가 끝나게 되면, 데이터가 전송될 수 있다.

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