WLAN (Wireless Local Area Network)
1. 개요
WLAN(Wireless Local Area Network, 무선 근거리 통신망)은 전선(Cable) 대신 무선 전파(RF)를 이용하여 단말기들을 연결함으로써 제한된 지역 내에서 데이터 통신을 가능하게 하는 네트워크 체계이다.
기존의 유선 LAN(Local Area Network)이 이더넷(Ethernet) 케이블을 통해 물리적으로 연결되어야 했던 것과 달리, WLAN은 무선 접속 장치(AP)를 통해 이동성을 확보한 것이 가장 큰 차이점이다. 현대 사회에서는 'Wi-Fi(와이파이)'라는 브랜드 명칭으로 더 널리 알려져 있으며, 스마트폰, 노트북, [[IoT]] 기기 등 다양한 무선 단말의 핵심 연결 기술로 사용된다.
2. 동작 원리 및 기술적 특징
2.1 무선 신호(RF) 기반 데이터 전송
WLAN은 전자기파의 일종인 RF(Radio Frequency, 무선 주파수)를 매체로 사용하여 데이터를 전송한다. 디지털 데이터를 특정 주파수의 파형에 실어 보내는 변조(Modulation) 과정을 거치며, 수신 측에서는 이를 다시 복조(Demodulation)하여 원래의 데이터로 복원한다.
무선 매체는 공유 자원이므로 여러 단말이 동시에 데이터를 전송하면 충돌(Collision)이 발생한다. 이를 방지하기 위해 WLAN은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식을 사용한다.
- Carrier Sense: 데이터를 보내기 전, 현재 채널이 사용 중인지 먼저 확인한다.
- Collision Avoidance: 채널이 비어 있더라도 즉시 전송하지 않고, 임의의 시간(Random Back-off) 동안 대기한다. 이때 NAV(Network Allocation Vector)를 통해 다른 단말이 예약한 전송 시간을 확인하여 충돌 가능성을 최소화한다.
- ACK(Acknowledgement): 데이터 수신 성공 여부를 확인하는 응답 패킷을 통해 전송 신뢰성을 확보한다. (유선 LAN의 CSMA/CD가 충돌 '검출' 후 재전송하는 것과 대조적이다.)
2.3 무선 간섭 및 전파 감쇄 요인
무선 통신은 물리적 환경의 영향을 크게 받으며, 다음과 같은 요인으로 인해 성능이 저하될 수 있다.
* 전파 감쇄(Attenuation): 거리가 멀어질수록 신호 세기가 약해지는 현상이다.
* 장애물 및 회절: 벽, 가구, 금속 구조물 등에 의해 신호가 차단되거나 굴절되어 수신 품질이 떨어진다.
* 전파 간섭(Interference): 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 기기(전자레인지, 블루투스 등)나 인접한 AP 간의 채널 중첩으로 인해 패킷 손실이 발생한다.
3. 주파수 대역별 특징
WLAN은 주로 비면허 대역(Unlicensed Band)을 사용하며, 최근 기술 발전에 따라 사용 대역이 확장되고 있다.
| 구분 |
2.4 GHz |
5 GHz |
6 GHz |
| 전송 속도 |
낮음 |
높음 |
매우 높음 |
| 도달 거리 |
김 (투과력 좋음) |
중간 |
짧음 (투과력 낮음) |
| 간섭 정도 |
매우 높음 (블루투스 등) |
낮음 |
매우 낮음 |
| 채널 수 |
적음 (중첩 많음) |
많음 |
매우 많음 |
| 주요 용도 |
단순 제어, 광범위 커버리지 |
고화질 스트리밍, 게임 |
초고속 데이터, VR/AR |
WLAN의 기술 표준은 IEEE(전기전자공학자협회)의 802.11 작업 그룹에서 정의한다.
4.1 버전별 발전 과정
| 표준명 |
마케팅 명칭 |
주파수 |
최대 이론 속도 |
주요 특징 |
| 802.11 (Legacy) |
- |
2.4 GHz |
2 Mbps |
초기 표준 |
| 802.11a |
- |
5 GHz |
54 Mbps |
OFDM 도입 |
| 802.11b |
- |
2.4 GHz |
11 Mbps |
보급형 표준 |
| 802.11g |
- |
2.4 GHz |
54 Mbps |
a의 속도 + b의 호환성 |
| 802.11n |
Wi-Fi 4 |
2.4/5 GHz |
600 Mbps |
[[MIMO]] 도입 |
| 802.11ac |
Wi-Fi 5 |
5 GHz |
6.9 Gbps |
MU-MIMO, 빔포밍 강화 |
| 802.11ax |
Wi-Fi 6 |
2.4/5 GHz |
9.6 Gbps |
[[OFDMA]] 도입, 고밀도 최적화 |
| 802.11ax |
Wi-Fi 6E |
2.4/5/6 GHz |
9.6 Gbps |
6GHz 대역 확장 |
| 802.11be |
Wi-Fi 7 |
2.4/5/6 GHz |
46 Gbps |
320MHz 대역폭, MLO 도입 |
4.2 최신 기술 보완
- Wi-Fi 6E: 기존 Wi-Fi 6의 기술을 6GHz 대역으로 확장한 표준이다. 기존 2.4/5GHz 대역의 혼잡도를 획기적으로 낮추어 지연 시간(Latency)을 최소화했다.
- Wi-Fi 7 (802.11be): 'Extremely High Throughput(EHT)'을 목표로 한다. MLO(Multi-Link Operation) 기술을 통해 여러 주파수 대역을 동시에 사용하여 데이터를 전송함으로써 속도를 극대화하고 연결 안정성을 높였다.
5. 네트워크 구성 요소 및 모드
5.1 구성 요소
- AP (Access Point): 무선 신호를 송수신하는 허브 역할을 하며, 무선 단말을 유선 네트워크(Backbone)에 연결해주는 게이트웨이 역할을 수행한다.
- 무선 NIC (Network Interface Card): 단말기에 탑재된 무선 랜카드로, 디지털 데이터를 RF 신호로 변환하거나 그 반대의 역할을 수행한다.
- 스테이션 (Station, STA): AP에 접속하여 네트워크 서비스를 이용하는 모든 무선 단말(스마트폰, 노트북 등)을 의미한다.
5.2 AP-STA 연결 과정 (도식화)
무선 단말(STA)이 AP에 접속하여 통신하기까지의 과정은 다음과 같다.
[STA] --(Probe Request)--> [AP] : 주변 AP 탐색
[AP] --(Probe Response)--> [STA] : SSID 및 지원 기술 응답
[STA] --(Authentication Request)--> [AP] : 인증 요청
[AP] --(Authentication Response)--> [STA] : 인증 완료
[STA] --(Association Request)--> [AP] : 연결 요청
[AP] --(Association Response)--> [STA] : 연결 승인 및 세션 생성
5.3 논리적 구성 단위
- BSS (Basic Service Set): 하나의 AP와 그에 연결된 STA들의 집합으로 구성되는 가장 기본적인 무선 네트워크 단위이다.
- ESS (Extended Service Set): 여러 개의 BSS가 유선 백본망(DS, Distribution System)을 통해 서로 연결되어 하나의 거대한 네트워크처럼 동작하는 확장된 형태이다. 이를 통해 사용자는 AP 사이를 이동해도 연결이 유지되는 로밍(Roaming) 기능을 사용할 수 있다.
5.4 네트워크 모드
- 인프라스트럭처 모드 (Infrastructure Mode): 중앙의 AP를 통해 모든 통신이 이루어지는 방식이다. 관리 효율성이 높고 확장성이 좋아 대부분의 가정과 사무실에서 사용된다.
- 애드혹 모드 (Ad-hoc Mode): AP 없이 단말기끼리 직접 1:1 또는 다대다로 연결하는 방식이다. 임시 네트워크 구성 시 사용되나, 연결 가능 단말 수가 적고 관리가 어렵다.
6. 보안 및 인증
무선 신호는 공중에 전파되므로 도청 및 비인가 접속에 취약하다. 이를 해결하기 위해 암호화 표준이 발전해 왔다.
- WEP (Wired Equivalent Privacy): 초기 표준이나, 암호 키 생성 알고리즘의 취약점으로 인해 현재는 거의 사용되지 않는다.
- WPA (Wi-Fi Protected Access): WEP의 취약점을 보완하기 위해 TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)를 도입했다.
- WPA2: [AES] 암호화 알고리즘을 도입하여 보안성을 크게 높였으며, 현재 가장 널리 사용되는 표준이다.
- WPA3: 최신 표준으로, SAE(Simultaneous Authentication of Equals) 핸드셰이크를 통해 사전 공유 키(PSK) 기반 공격을 방어하고, 공개 Wi-Fi 환경에서도 개별 데이터 암호화를 제공한다.
7. 장단점 및 활용 사례
7.1 장단점 분석
| 구분 |
장점 |
단점 |
| 편의성 |
케이블 설치 비용 절감, 기기 이동성 보장 |
설치 환경(벽, 거리)에 따른 성능 편차 |
| 확장성 |
새로운 단말의 추가 접속이 매우 간편함 |
접속 단말 증가 시 대역폭 공유로 속도 저하 |
| 보안성 |
최신 표준(WPA3) 적용 시 높은 보안 수준 |
전파 도청 및 비인가 접속 위험 상존 |
| 안정성 |
물리적 단선 위험이 없으며 인프라 구축이 유연함 |
유선 대비 패킷 손실률이 높고 지연 시간 변동성 있음 |
7.2 활용 사례
- 스마트 홈: [[IoT]] 가전(냉장고, 조명, 스피커)을 WLAN에 연결하여 스마트폰 앱으로 통합 제어한다.
- 스마트 오피스: 핫데스킹(Hot-desking) 환경을 구축하여 직원이 사무실 내 어디서든 업무 시스템에 접속할 수 있게 한다.
- 공공 Wi-Fi: 카페, 공항, 지하철 등 공공장소에서 불특정 다수에게 인터넷 접속 환경을 제공한다.
같이 보기
* [[IEEE 802.11]]
* [[OSI 7계층]]
* [[TCP/IP]]
* IEEE Xplore Digital Library
# WLAN (Wireless Local Area Network)
## 1. 개요
**WLAN(Wireless Local Area Network, 무선 근거리 통신망)**은 전선(Cable) 대신 무선 전파(RF)를 이용하여 단말기들을 연결함으로써 제한된 지역 내에서 데이터 통신을 가능하게 하는 네트워크 체계이다.
기존의 유선 LAN(Local Area Network)이 이더넷(Ethernet) 케이블을 통해 물리적으로 연결되어야 했던 것과 달리, WLAN은 무선 접속 장치(AP)를 통해 이동성을 확보한 것이 가장 큰 차이점이다. 현대 사회에서는 'Wi-Fi(와이파이)'라는 브랜드 명칭으로 더 널리 알려져 있으며, 스마트폰, 노트북, [[IoT]] 기기 등 다양한 무선 단말의 핵심 연결 기술로 사용된다.
## 2. 동작 원리 및 기술적 특징
### 2.1 무선 신호(RF) 기반 데이터 전송
WLAN은 전자기파의 일종인 **RF(Radio Frequency, 무선 주파수)**를 매체로 사용하여 데이터를 전송한다. 디지털 데이터를 특정 주파수의 파형에 실어 보내는 변조(Modulation) 과정을 거치며, 수신 측에서는 이를 다시 복조(Demodulation)하여 원래의 데이터로 복원한다.
### 2.2 매체 접근 제어: CSMA/CA
무선 매체는 공유 자원이므로 여러 단말이 동시에 데이터를 전송하면 충돌(Collision)이 발생한다. 이를 방지하기 위해 WLAN은 **CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)** 방식을 사용한다.
* **Carrier Sense**: 데이터를 보내기 전, 현재 채널이 사용 중인지 먼저 확인한다.
* **Collision Avoidance**: 채널이 비어 있더라도 즉시 전송하지 않고, 임의의 시간(Random Back-off) 동안 대기한다. 이때 **NAV(Network Allocation Vector)**를 통해 다른 단말이 예약한 전송 시간을 확인하여 충돌 가능성을 최소화한다.
* **ACK(Acknowledgement)**: 데이터 수신 성공 여부를 확인하는 응답 패킷을 통해 전송 신뢰성을 확보한다. (유선 LAN의 CSMA/CD가 충돌 '검출' 후 재전송하는 것과 대조적이다.)
### 2.3 무선 간섭 및 전파 감쇄 요인
무선 통신은 물리적 환경의 영향을 크게 받으며, 다음과 같은 요인으로 인해 성능이 저하될 수 있다.
* **전파 감쇄(Attenuation)**: 거리가 멀어질수록 신호 세기가 약해지는 현상이다.
* **장애물 및 회절**: 벽, 가구, 금속 구조물 등에 의해 신호가 차단되거나 굴절되어 수신 품질이 떨어진다.
* **전파 간섭(Interference)**: 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 기기(전자레인지, 블루투스 등)나 인접한 AP 간의 채널 중첩으로 인해 패킷 손실이 발생한다.
## 3. 주파수 대역별 특징
WLAN은 주로 비면허 대역(Unlicensed Band)을 사용하며, 최근 기술 발전에 따라 사용 대역이 확장되고 있다.
| 구분 | 2.4 GHz | 5 GHz | 6 GHz |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **전송 속도** | 낮음 | 높음 | 매우 높음 |
| **도달 거리** | 김 (투과력 좋음) | 중간 | 짧음 (투과력 낮음) |
| **간섭 정도** | 매우 높음 (블루투스 등) | 낮음 | 매우 낮음 |
| **채널 수** | 적음 (중첩 많음) | 많음 | 매우 많음 |
| **주요 용도** | 단순 제어, 광범위 커버리지 | 고화질 스트리밍, 게임 | 초고속 데이터, VR/AR |
## 4. IEEE 802.11 표준 (Wi-Fi)
WLAN의 기술 표준은 IEEE(전기전자공학자협회)의 802.11 작업 그룹에서 정의한다.
### 4.1 버전별 발전 과정
| 표준명 | 마케팅 명칭 | 주파수 | 최대 이론 속도 | 주요 특징 |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| 802.11 (Legacy) | - | 2.4 GHz | 2 Mbps | 초기 표준 |
| 802.11a | - | 5 GHz | 54 Mbps | OFDM 도입 |
| 802.11b | - | 2.4 GHz | 11 Mbps | 보급형 표준 |
| 802.11g | - | 2.4 GHz | 54 Mbps | a의 속도 + b의 호환성 |
| 802.11n | Wi-Fi 4 | 2.4/5 GHz | 600 Mbps | [[MIMO]] 도입 |
| 802.11ac | Wi-Fi 5 | 5 GHz | 6.9 Gbps | MU-MIMO, 빔포밍 강화 |
| 802.11ax | Wi-Fi 6 | 2.4/5 GHz | 9.6 Gbps | [[OFDMA]] 도입, 고밀도 최적화 |
| 802.11ax | **Wi-Fi 6E** | 2.4/5/6 GHz | 9.6 Gbps | 6GHz 대역 확장 |
| 802.11be | **Wi-Fi 7** | 2.4/5/6 GHz | 46 Gbps | 320MHz 대역폭, MLO 도입 |
### 4.2 최신 기술 보완
* **Wi-Fi 6E**: 기존 Wi-Fi 6의 기술을 6GHz 대역으로 확장한 표준이다. 기존 2.4/5GHz 대역의 혼잡도를 획기적으로 낮추어 지연 시간(Latency)을 최소화했다.
* **Wi-Fi 7 (802.11be)**: 'Extremely High Throughput(EHT)'을 목표로 한다. **MLO(Multi-Link Operation)** 기술을 통해 여러 주파수 대역을 동시에 사용하여 데이터를 전송함으로써 속도를 극대화하고 연결 안정성을 높였다.
## 5. 네트워크 구성 요소 및 모드
### 5.1 구성 요소
* **AP (Access Point)**: 무선 신호를 송수신하는 허브 역할을 하며, 무선 단말을 유선 네트워크(Backbone)에 연결해주는 게이트웨이 역할을 수행한다.
* **무선 NIC (Network Interface Card)**: 단말기에 탑재된 무선 랜카드로, 디지털 데이터를 RF 신호로 변환하거나 그 반대의 역할을 수행한다.
* **스테이션 (Station, STA)**: AP에 접속하여 네트워크 서비스를 이용하는 모든 무선 단말(스마트폰, 노트북 등)을 의미한다.
### 5.2 AP-STA 연결 과정 (도식화)
무선 단말(STA)이 AP에 접속하여 통신하기까지의 과정은 다음과 같다.
`[STA] --(Probe Request)--> [AP] : 주변 AP 탐색`
`[AP] --(Probe Response)--> [STA] : SSID 및 지원 기술 응답`
`[STA] --(Authentication Request)--> [AP] : 인증 요청`
`[AP] --(Authentication Response)--> [STA] : 인증 완료`
`[STA] --(Association Request)--> [AP] : 연결 요청`
`[AP] --(Association Response)--> [STA] : 연결 승인 및 세션 생성`
### 5.3 논리적 구성 단위
* **BSS (Basic Service Set)**: 하나의 AP와 그에 연결된 STA들의 집합으로 구성되는 가장 기본적인 무선 네트워크 단위이다.
* **ESS (Extended Service Set)**: 여러 개의 BSS가 유선 백본망(DS, Distribution System)을 통해 서로 연결되어 하나의 거대한 네트워크처럼 동작하는 확장된 형태이다. 이를 통해 사용자는 AP 사이를 이동해도 연결이 유지되는 로밍(Roaming) 기능을 사용할 수 있다.
### 5.4 네트워크 모드
1. **인프라스트럭처 모드 (Infrastructure Mode)**: 중앙의 AP를 통해 모든 통신이 이루어지는 방식이다. 관리 효율성이 높고 확장성이 좋아 대부분의 가정과 사무실에서 사용된다.
2. **애드혹 모드 (Ad-hoc Mode)**: AP 없이 단말기끼리 직접 1:1 또는 다대다로 연결하는 방식이다. 임시 네트워크 구성 시 사용되나, 연결 가능 단말 수가 적고 관리가 어렵다.
## 6. 보안 및 인증
무선 신호는 공중에 전파되므로 도청 및 비인가 접속에 취약하다. 이를 해결하기 위해 암호화 표준이 발전해 왔다.
* **WEP (Wired Equivalent Privacy)**: 초기 표준이나, 암호 키 생성 알고리즘의 취약점으로 인해 현재는 거의 사용되지 않는다.
* **WPA (Wi-Fi Protected Access)**: WEP의 취약점을 보완하기 위해 TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)를 도입했다.
* **WPA2**: [[AES]](Advanced Encryption Standard) 암호화 알고리즘을 도입하여 보안성을 크게 높였으며, 현재 가장 널리 사용되는 표준이다.
* **WPA3**: 최신 표준으로, SAE(Simultaneous Authentication of Equals) 핸드셰이크를 통해 사전 공유 키(PSK) 기반 공격을 방어하고, 공개 Wi-Fi 환경에서도 개별 데이터 암호화를 제공한다.
## 7. 장단점 및 활용 사례
### 7.1 장단점 분석
| 구분 | 장점 | 단점 |
| :--- | :--- | :--- |
| **편의성** | 케이블 설치 비용 절감, 기기 이동성 보장 | 설치 환경(벽, 거리)에 따른 성능 편차 |
| **확장성** | 새로운 단말의 추가 접속이 매우 간편함 | 접속 단말 증가 시 대역폭 공유로 속도 저하 |
| **보안성** | 최신 표준(WPA3) 적용 시 높은 보안 수준 | 전파 도청 및 비인가 접속 위험 상존 |
| **안정성** | 물리적 단선 위험이 없으며 인프라 구축이 유연함 | 유선 대비 패킷 손실률이 높고 지연 시간 변동성 있음 |
### 7.2 활용 사례
* **스마트 홈**: [[IoT]] 가전(냉장고, 조명, 스피커)을 WLAN에 연결하여 스마트폰 앱으로 통합 제어한다.
* **스마트 오피스**: 핫데스킹(Hot-desking) 환경을 구축하여 직원이 사무실 내 어디서든 업무 시스템에 접속할 수 있게 한다.
* **공공 Wi-Fi**: 카페, 공항, 지하철 등 공공장소에서 불특정 다수에게 인터넷 접속 환경을 제공한다.
---
**같이 보기**
* [[IEEE 802.11]]
* [[OSI 7계층]]
* [[TCP/IP]]
* [IEEE Xplore Digital Library](https://ieeexplore.ieee.org/)