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무선 분배 시스템

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목차

1. 개요

무선 분배 시스템(WDS)은 무선 액세스 포인트(AP) 간의 연결을 설정하는 시스템이다. WDS는 AP 간 연결 방식에 따라 무선 브리지와 무선 리피터의 두 가지 모드를 제공한다. 무선 브리지 모드에서는 AP들이 서로만 통신하며 무선 클라이언트의 접근은 허용하지 않고, 무선 리피터 모드에서는 AP가 서로 통신하는 동시에 무선 클라이언트의 접근도 허용한다. WDS는 최대 무선 유효 처리량 감소, 동적 암호화 키 지원의 어려움 등의 단점을 가지고 있다.

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무선 분배 시스템
개요
유형네트워크 프로토콜
표준IEEE 802.11
상세 정보
용도무선 네트워크 확장
다중 액세스 포인트 연결
작동 방식액세스 포인트 간 무선 연결을 통해 네트워크 트래픽 전달
장점유선 연결 없이 네트워크 확장 가능
설치 및 유지 보수 용이
단점무선 간섭에 취약
보안 문제 발생 가능성
보안 프로토콜WPA2, WPA3 등
관련 기술
관련 기술무선 메시 네트워크
리피터 모드
참고 사항
참고 사항WDS는 모든 액세스 포인트에서 지원되는 것은 아님

2. 기술

WDS는 AP 간의 연결 방식에 따라 다음과 같은 두 가지 주요 모드를 제공한다.


  • 무선 브리지: WDS를 사용하는 AP들이 서로 간에만 통신하고, 일반적인 무선 클라이언트(STA)의 직접적인 접속은 허용하지 않는 방식이다.
  • 무선 리피터: WDS를 사용하는 AP들이 서로 통신하면서 동시에 무선 클라이언트의 접속도 허용하는 방식이다.


WDS를 사용할 때, 특히 무선 리피터 모드에서는 몇 가지 기술적인 단점이 존재한다. 대표적으로 무선 신호를 중계하면서 발생하는 최대 무선 처리량 감소 문제와, 동적 키 할당 방식의 WPA 암호화 사용 제한 등이 있다. 이러한 암호화 제한은 WDS 관련 표준화 부족 때문이며, 사전 공유 키(PSK) 방식의 WPA나 정적 WEP 키 사용이 일반적이다. 이 문제는 향후 802.11s 표준으로 개선될 여지가 있다. 일부 최신 기기나 특정 펌웨어(오픈WRT 등)에서는 개선된 암호화 방식을 지원하기도 한다.

2. 1. 무선 브리지

무선 브리지는 WDS AP가 서로만 통신하며, 무선 스테이션(STA, 무선 클라이언트라고도 함)의 접근은 허용하지 않는 연결 방식이다.

2. 2. 무선 리피터

AP가 서로 통신하는 동시에 무선 스테이션(STA, 무선 클라이언트)의 접근도 허용하는 방식이다. 이는 일반적인 무선 네트워크 확장 목적으로 사용된다.

WDS를 무선 리피터 모드로 사용할 때 몇 가지 고려할 점이 있다.

  • 처리량 감소: 최대 무선 유효 처리량이 첫 번째 재전송(홉) 후에 절반으로 줄어들 수 있다. 예를 들어, AP A의 이더넷 포트에 유선 연결된 컴퓨터와 AP B에 무선으로 연결된 노트북 간에 통신이 이루어지는 경우, AP B가 양쪽의 통신을 중계하며 정보를 재전송해야 하므로 처리량이 절반으로 감소한다. 그러나 AP A와 AP B 각각의 이더넷 포트에 연결된 컴퓨터 간 통신처럼 정보 재전송이 필요 없는 경우에는 처리량이 줄어들지 않는다. 듀얼 밴드 또는 듀얼 라디오 기능을 갖춘 AP는 한 대역(또는 라디오)으로 클라이언트와 연결하고 다른 대역(또는 라디오)으로 WDS 네트워크 링크를 구성하여 이러한 처리량 감소 문제를 피할 수 있다.
  • 암호화 제한: 동적으로 할당되고 주기적으로 변경되는 암호화 키는 일반적으로 WDS 연결에서 지원되지 않는다. 이는 동적 WPA 및 다른 동적 키 할당 기술을 대부분 사용할 수 없음을 의미한다. 다만, 사전 공유 키(PSK)를 사용하는 WPA 방식은 가능하다. 이러한 제한은 WDS 관련 표준화가 부족하기 때문이며, 향후 802.11s 표준을 통해 개선될 여지가 있다. 결과적으로, WDS 리피터 AP와 연결된 모든 무선 장치를 포함하여, WDS 연결에서는 일반적으로 정적인 WEP 또는 WPA 키만 사용해야 한다.


일부 기기나 펌웨어는 이러한 제한을 극복하기도 한다. 예를 들어, 오픈WRT와 같은 범용 라우터 펌웨어는 WPA-PSK, WPA2-PSK, WPA-PSK/WPA2-PSK 혼합 모드 암호화로 WDS를 지원한다. 최신 애플 베이스 스테이션 역시 펌웨어 업데이트를 통해 WPA를 사용한 WDS를 지원한다. 특정 타사 펌웨어를 사용하는 일부 라우터 모델(예: Linksys WRT54G 시리즈)도 WDS 모드에서 WPA2-PSK 혼합 모드 보안(AES 암호화) 및 WPA-PSK(TKIP 암호화)를 지원하는 경우가 있으나, 다른 장치와의 호환성 문제가 발생할 수 있다.

2. 3. WDS 사용의 단점


  • 최대 무선 유효 처리량이 첫 번째 재전송(홉) 후에 절반으로 줄어들 수 있다. 예를 들어, WDS를 통해 연결된 두 개의 AP가 있고, AP A의 이더넷 포트에 연결된 컴퓨터와 AP B에 무선으로 연결된 노트북 간에 통신이 이루어지는 경우, AP B는 양쪽 통신 중 정보를 재전송해야 하므로 처리량이 절반으로 줄어든다. 하지만 AP A의 이더넷 포트에 연결된 컴퓨터와 AP B의 이더넷 포트에 연결된 컴퓨터 간 통신에서는 정보를 재전송할 필요가 없어 처리량이 줄지 않는다. 듀얼 밴드/라디오 AP는 한 밴드/라디오로 클라이언트에 연결하고 다른 밴드/라디오로 WDS 네트워크 링크를 만들어 이 문제를 피할 수 있다.
  • 동적으로 할당되고 회전되는 암호화 키는 일반적으로 WDS 연결에서 지원되지 않는다. 이는 동적 와이파이 프로텍티드 액세스(WPA) 및 기타 동적 키 할당 기술을 대부분 사용할 수 없다는 의미이다. 다만, 사전 공유 키를 사용하는 WPA는 가능하다. 이러한 제한은 해당 분야의 표준화 부족 때문이며, 802.11s 표준으로 해결될 수 있다. 결과적으로 WDS 반복 AP와 연결된 모든 무선 스테이션(STA)을 포함하여, 정적 WEP 또는 WPA 키만 WDS 연결에서 사용할 수 있다.


범용 타사 라우터 펌웨어인 오픈WRT는 WPA-PSK, WPA2-PSK, WPA-PSK/WPA2-PSK 혼합 모드 암호화로 WDS를 지원한다. 최신 애플 베이스 스테이션은 WPA를 사용한 WDS를 허용하지만, 경우에 따라 펌웨어 업데이트가 필요할 수 있다. Renasis SAP36g 슈퍼 액세스 포인트 및 Linksys WRT54G(S)/GL용 대부분의 타사 펌웨어는 WDS 모드에서 작동하면서 WPA2-PSK 혼합 모드 보안을 사용하는 AES 암호화 및 WPA-PSK를 사용하는 TKIP 암호화를 지원한다. 그러나 이 모드는 기본 펌웨어나 다른 대체 펌웨어를 실행하는 다른 장치와 호환되지 않을 수 있다.

3. 예시

와이파이를 지원하는 게임 콘솔을 예시로 들어 WDS의 작동 방식과 네트워크 처리량 변화를 살펴볼 수 있다. 여기서는 세 가지 다른 네트워크 구성을 비교한다.

1. 네트워크 1 (비-WDS): 일반적인 무선 라우터 환경이다. 게임 콘솔과 WAN 간 통신에 총 2개의 패킷이 무선으로 전송된다.

2. 네트워크 2 (WDS, 무선 연결): 마스터 기지국과 원격 기지국이 무선으로 연결되고, 게임 콘솔도 원격 기지국에 무선으로 연결된다. 이 경우, 원격 기지국이 중간에서 무선 데이터를 중계해야 하므로 총 4개의 패킷이 무선으로 전송된다.

3. 네트워크 3 (WDS, 유선 연결): 네트워크 2와 유사하지만, 게임 콘솔이 원격 기지국에 이더넷 케이블로 유선 연결된다. 이 구성에서는 총 2개의 패킷만 무선으로 전송된다.

네트워크 1(비-WDS)과 네트워크 3(WDS, 유선 연결)은 무선으로 전송되는 패킷 수가 동일하다. 따라서 이 두 구성에서는 반이중 방식의 와이파이 통신 자체에서 발생하는 잠재적인 속도 저하 외에는 큰 차이가 없다.[3]

반면, 네트워크 2(WDS, 무선 연결)는 원격 기지국이 무선으로 수신한 패킷을 다시 무선으로 전송해야 하므로 무선 통신 시간을 두 배로 사용하게 되어 추가적인 속도 저하가 발생할 수 있다. 이러한 '이중 홉'(eng)으로 인한 속도 저하는 일반적으로 WDS의 단점으로 언급되지만, 이는 기지국을 통과하는 경로 양쪽이 모두 무선 링크일 때만 해당하며, WDS 환경이 아니더라도 비슷한 구성에서는 발생할 수 있다.

다만, 이 '이중 홉' 구성이 반드시 전송 속도를 절반으로 감소시키는 것은 아니다. 실제 종단 간(eng) 지연 시간은 원격 기지국에서의 패킷 저장 및 전달(store-and-forward) 지연 시간 등 여러 요인의 영향을 받으므로, 정확한 영향은 해당 네트워크 환경에 대한 구체적인 테스트를 통해 확인해야 한다.

3. 1. 네트워크 1 (비-WDS)

와이파이를 지원하는 게임 콘솔을 예로 들어 설명한다. 이 게임 콘솔은 WAN 호스트로 패킷 하나를 보내고 응답 패킷 하나를 받아야 한다.

WDS가 아닌 일반적인 무선 라우터 환경에서는 게임 콘솔에서 나온 패킷이 무선으로 라우터로 전송되고, 라우터는 이를 WAN을 통해 목적지로 보낸다. 응답 패킷은 WAN에서 라우터로 돌아와 다시 무선으로 게임 콘솔에 전달된다. 이 과정에서 무선으로 전송되는 총 패킷 수는 2개이다.

3. 2. 네트워크 2 (WDS)

WDS를 사용하는 두 개의 무선 기지국 환경을 가정한다. 하나는 주 기지국 역할을 하는 마스터 기지국이고, 다른 하나는 원격 기지국이다. WAN 회선은 마스터 기지국에 연결되어 있으며, 마스터 기지국은 원격 기지국과 무선으로 연결된다. 사용자의 게임 콘솔과 같은 장치는 원격 기지국에 무선으로 연결된다.

이 구성에서 게임 콘솔이 WAN 상의 호스트로 패킷 하나를 보내는 경우, 다음 과정을 거친다.

# 게임 콘솔은 패킷을 무선으로 원격 기지국으로 전송한다.

# 원격 기지국은 수신한 패킷을 다시 무선으로 마스터 기지국으로 전달한다.

# 마스터 기지국은 패킷을 WAN으로 전달한다.

WAN에서 오는 응답 패킷은 역순으로 전달된다:

# 응답 패킷은 WAN에서 마스터 기지국으로 들어온다.

# 마스터 기지국은 패킷을 무선으로 원격 기지국으로 전송한다.

# 원격 기지국은 다시 무선으로 게임 콘솔에 패킷을 전송한다.

이처럼 게임 콘솔과 WAN 사이의 통신 과정에서 총 4개의 패킷이 무선으로 전송된다. 이는 WDS를 사용하지 않는 단순 무선 라우터 환경(네트워크 1)이나, 원격 기지국과 게임 콘솔이 이더넷 케이블로 연결된 WDS 환경(네트워크 3)과 비교하면 무선 전송량이 두 배가 된다. 네트워크 1과 3에서는 총 2개의 패킷만 무선으로 전송된다.

원격 기지국이 무선으로 수신한 데이터를 다시 무선으로 전달해야 하는 네트워크 2와 같은 구성에서는 무선 통신 시간을 두 배로 사용하게 되어 추가적인 속도 저하가 발생할 수 있다. 이는 반이중 통신 방식인 와이파이 자체의 특성으로 인한 잠재적 속도 저하에 더해지는 요인이다.[3] 이러한 '이중 홉'(double hop)으로 인한 속도 저하는 일반적으로 WDS의 단점으로 언급되지만, 이는 기지국을 통과하는 경로 양쪽이 모두 무선 링크일 때만 해당하며, WDS 환경이 아니더라도 비슷한 구성에서는 발생할 수 있다.

다만, 이 '이중 홉' 구성이 반드시 전송 속도를 절반으로 감소시키는 것은 아니다. 실제 종단 간(end-to-end) 지연 시간은 원격 기지국에서의 패킷 저장 및 전달(store-and-forward) 지연 시간 등 여러 요인의 영향을 받는다. 따라서 무선 원격 기지국을 통한 중계가 실제로 어느 정도의 지연 시간을 추가하는지는 해당 네트워크 환경에 대한 구체적인 테스트를 통해 확인해야 한다.

3. 3. 네트워크 3 (WDS, 유선 연결)

WDS를 사용하는 두 개의 무선 기지국으로 구성된 네트워크 환경이다. WAN은 마스터 기지국에 연결되고, 마스터 기지국은 무선으로 원격 기지국에 연결된다. 이 네트워크 구성의 특징은 게임 콘솔과 같은 클라이언트 장치가 이더넷 케이블을 통해 원격 기지국에 유선으로 연결된다는 점이다.

데이터 패킷의 흐름은 다음과 같다.

1. 게임 콘솔에서 생성된 패킷 하나가 이더넷 케이블을 통해 원격 기지국으로 전송된다.

2. 원격 기지국은 이 패킷을 무선으로 마스터 기지국으로 전송한다.

3. 마스터 기지국은 패킷을 WAN으로 전달한다.

4. 응답 패킷은 WAN에서 마스터 기지국으로, 다시 무선으로 원격 기지국으로 전송된다.

5. 최종적으로 원격 기지국은 응답 패킷을 이더넷 케이블을 통해 게임 콘솔로 전달한다.

이 과정에서 무선으로 전송되는 총 패킷 수는 2개이다. 이는 WDS를 사용하지 않는 네트워크 1(단순 무선 라우터 환경)과 동일한 수치이다. 따라서 네트워크 3은 네트워크 1과 유사한 처리량을 보이며, 유일한 속도 저하 요인은 반이중 방식의 와이파이 통신 자체에서 발생하는 잠재적인 지연이다.[3]

네트워크 2(원격 기지국과 게임 콘솔이 무선으로 연결된 경우)와 비교했을 때, 네트워크 3은 추가적인 속도 저하가 발생하지 않는다. 네트워크 2에서는 원격 기지국이 무선으로 수신한 패킷을 다시 무선으로 게임 콘솔에 전송해야 하므로 무선 구간 사용 시간이 두 배가 되어 처리량이 감소한다. 즉, WDS 환경에서 흔히 언급되는 처리량 저하는 원격 기지국을 통과하는 경로의 양쪽(마스터 기지국 <-> 원격 기지국, 원격 기지국 <-> 클라이언트)이 모두 무선 링크일 때 주로 발생한다. 네트워크 3처럼 한쪽이 유선으로 연결되면 이러한 형태의 처리량 저하는 나타나지 않는다.

"이중 홉"(주 기지국에서 원격 기지국으로의 1차 무선 홉, 원격 기지국에서 무선 클라이언트로의 2차 무선 홉) 구조가 반드시 전송 속도를 절반으로 떨어뜨리는 것은 아니다. 실제 지연 시간은 원격 기지국이 패킷을 잠시 저장했다가 전달하는 "저장 및 전달(store-and-forward)" 방식에 따른 지연과 관련이 있으며, 정확한 영향은 주변 환경 요인에 따라 달라질 수 있다.

참조

[1] 웹사이트 Wireless Distribution System Linked Router Network http://www.dd-wrt.co[...] 2006-12-31
[2] 문서 4-address-format.doc http://www.ieee802.o[...] IEEE
[3] 웹사이트 airport-extreme-and-time-capsule http://forum.maccast[...] 2022-08-01


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