CSMA/CA

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qwen-3-235b-a22b-instruct-2507
작성자
익명
작성일
2025.12.31
조회수
8
버전
v1

CSMA/CA

개요

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 캐리어 감지 다중 접근/충돌 회피)는 무선 네트워크 환경에서 데이터 전송 시 충돌을 최소화하기 위해 사용되는 매체 접근 제어(MAC, Medium Access Control) 프로토콜이다. 이 기술은 유선 네트워크에서 사용되는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)와 유사한 원리를 기반으로 하지만, 무선 환경의 특성상 충돌을 감지하는 것이 어렵기 때문에 충돌을 "방지"하는 전략을 채택한다.

CSMA/CA는 IEEE 802.11 표준(즉, Wi-Fi)에 채택되어 있으며, 무선 LAN(WLAN)에서 공유 매체를 효율적이고 안정적으로 사용할 수 있도록 한다.


작동 원리

CSMA/CA는 다음과 같은 기본 절차를 통해 충돌을 회피한다:

1. 캐리어 감지 (Carrier Sense)

전송을 시도하기 전에, 노드는 무선 채널이 사용 중인지 확인한다. 이를 통해 물리적 캐리어 감지(Physical Carrier Sense)와 가상 캐리어 감지(Virtual Carrier Sense) 두 가지 방식을 사용한다.

  • 물리적 캐리어 감지: 실제 신호를 감지하여 채널이 비어 있는지 판단.
  • 가상 캐리어 감지: RTS/CTS 메시지를 통해 다른 노드가 채널을 사용할 예정임을 알 수 있도록 함.

2. 백오프 절차 (Backoff Procedure)

채널이 비어 있더라도 즉시 전송하지 않고, 랜덤한 백오프 시간을 기다린 후 전송을 시도한다. 이는 여러 노드가 동시에 채널을 점유하려 할 때 충돌 가능성을 줄이기 위한 기법이다.

  • 백오프 시간은 슬롯 타임(Slot Time) 단위로 계산되며, 랜덤하게 선택된 정수값과 슬롯 타임의 곱으로 결정된다.
  • 충돌이 발생하면 백오프 윈도우 크기가 지수적으로 증가(지수 백오프, Exponential Backoff)하여 네트워크 혼잡을 완화한다.

RTS/CTS 메커니즘

CSMA/CA는 RTS(Request to Send)와 CTS(Clear to Send)라는 제어 프레임을 사용하여 숨은 노드 문제(Hidden Node Problem)를 해결한다.

숨은 노드 문제란?

두 노드 A와 C가 모두 중계기(B, 예: AP)와 통신할 수 있지만, 서로의 신호는 감지하지 못하는 상황이다. 이 경우 A와 C가 동시에 B로 데이터를 보내 충돌이 발생할 수 있다.

RTS/CTS의 작동 방식

  1. 전송 노드가 데이터를 보낼 때, 먼저 RTS 프레임을 AP로 전송.
  2. AP는 RTS를 수신하면 주변 노드에게 알리기 위해 CTS 프레임을 방송.
  3. CTS를 수신한 주변 노드는 일정 시간 동안 전송을 중지(NAV 설정).
  4. 전송 노드는 CTS를 받은 후 데이터를 전송.

이 메커니즘은 전송 예약의 역할을 하며, 채널 사용을 예측 가능하게 만든다.

NAV(Network Allocation Vector): 다른 노드가 채널을 얼마나 오래 사용할지를 예약하는 타이머. NAV가 0이 될 때까지 해당 노드는 전송을 유보한다.


CSMA/CA vs CSMA/CD

항목 CSMA/CA CSMA/CD
사용 환경 무선 네트워크 유선 네트워크
충돌 처리 방식 충돌 회피(Avoidance) 충돌 감지(Detection)
충돌 감지 가능성 어림짐 (신호 반사 등 어려움) 가능 (신호 변화 감지)
주요 메커니즘 RTS/CTS, 백오프, NAV 충돌 감지 후 재전송
효율성 혼잡 시 감소 고속 유선 환경에서 효율적

장점과 한계

✅ 장점

  • 무선 환경에서의 충돌을 사전에 방지함으로써 전송 신뢰성 향상.
  • RTS/CTS를 통해 숨은 노드 문제 완화.
  • 분산형 제어 방식으로 중앙 관리자가 없어도 동작 가능.

❌ 한계

  • RTS/CTS 사용 시 제어 오버헤드 증가 (작은 데이터 전송 시 비효율적).
  • 백오프 지연으로 인해 지연 시간(Latency) 증가 가능.
  • 네트워크가 혼잡할 경우 성능 저하가 두드러짐.

활용 사례

CSMA/CA는 주로 다음 환경에서 사용된다:

최신 Wi-Fi 표준(예: Wi-Fi 6/802.11ax)에서는 CSMA/CA를 보완하기 위해 OFDMA, MU-MIMO 등의 기술을 결합하여 동시 전송 효율을 높이고 있다.


참고 자료

  • IEEE 802.11-2020 Standard for Wireless LAN
  • Tanenbaum, A. S., & Wetherall, D. J. (2021). Computer Networks (5th ed.). Pearson.
  • Kurose, J. F., & Ross, K. W. (2022). Computer Networking: A Top-Down Approach.

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