IEEE 802.11 RTS/CTS
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1. 개요
IEEE 802.11 RTS/CTS는 무선 통신 환경에서 데이터 충돌을 방지하기 위한 프로토콜이다. 데이터를 전송하려는 노드는 RTS (Request To Send) 프레임을 보내고, 수신 노드는 CTS (Clear To Send) 프레임으로 응답하여 통신 채널을 예약한다. RTS/CTS는 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)의 가상 반송파 감지(virtual carrier sensing)를 구현하며, 은닉 노드 문제를 해결하는 데 기여한다. RTS/CTS 프레임에는 데이터 전송에 필요한 시간 정보가 포함되어, 다른 노드들이 해당 시간 동안 전송을 중단하도록 하여 충돌을 방지한다. RTS/CTS 패킷 크기 한계값을 설정하여, 특정 크기 이상의 데이터 전송 시에만 RTS/CTS 교환을 수행한다.
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IEEE 802.1D는 IEEE 802.1 워킹 그룹에서 표준화한 MAC 브리지의 표준 규격으로, 브리지 연결 및 스패닝 트리 프로토콜(STP) 등을 포함하며, 여러 버전이 존재한다.
| IEEE 802.11 RTS/CTS | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 이름 | 영어: Request to Send / Clear to Send 한국어: 전송 요청/전송 가능 |
| 별칭 | RTS/CTS |
| 프로토콜 계층 | MAC 계층 (데이터 링크 계층) |
| 표준 | IEEE 802.11 |
| 작동 모드 | infrastructure BSS (기반 구조 기본 서비스 세트) IBSS (독립 기본 서비스 세트) |
| 기능 | |
| 주요 기능 | 숨겨진 노드 문제 완화 |
| 부가 기능 | 가상 캐리어 감지 매체 예약 충돌 회피 |
| 작동 방식 | |
| RTS 프레임 송신 | 송신 스테이션이 수신 스테이션에게 RTS 프레임을 보냄 |
| CTS 프레임 응답 | 수신 스테이션이 RTS 프레임을 받으면 CTS 프레임으로 응답 |
| 데이터 전송 | CTS 프레임을 받은 송신 스테이션이 데이터를 전송 |
| ACK 프레임 확인 | 수신 스테이션이 데이터를 받으면 ACK 프레임으로 확인 |
| 이점 | |
| 숨겨진 노드 문제 해결 | 숨겨진 노드로 인한 충돌 감소 |
| 채널 예약 | 데이터 전송 전에 채널을 예약하여 충돌 가능성 감소 |
| 에너지 절약 | 불필요한 데이터 전송 방지로 에너지 절약 가능 |
| 단점 | |
| 오버헤드 증가 | RTS 및 CTS 프레임으로 인한 오버헤드 증가 |
| 처리량 감소 | 작은 패킷의 경우 처리량 감소 가능성 존재 |
| 복잡성 증가 | 프로토콜 복잡성 증가 |
| 사용 사례 | |
| 혼잡한 네트워크 | 충돌이 잦은 혼잡한 네트워크에서 유용 |
| 장거리 통신 | 장거리 통신에서 신뢰성 향상에 기여 |
| 무선 멀티홉 네트워크 | 무선 멀티홉 네트워크에서 효율적인 매체 접근 제공 |
2. 작동 방식
RTS/CTS는 데이터를 전송하려는 노드가 송신 요청(Request To Send, RTS) 프레임을 보내고, 목적지 노드가 송신 확인(Clear To Send, CTS) 프레임으로 응답하는 방식으로 작동한다. RTS나 CTS 프레임을 받은 다른 노드들은 정해진 시간 동안 데이터 전송을 제한한다. 이러한 절차는 은닉 노드 문제를 해결하는 데 도움을 준다.
2. 1. 기본 동작
데이터 전송을 원하는 노드는 송신 요청(Request To Send, RTS) 프레임을 보낸다. 송수신 중인 다른 신호가 없어 전송이 가능한 무선 환경인 경우, 목적지 노드는 송신 확인(Clear To Send, CTS) 프레임으로 응답한다. RTS나 CTS 프레임을 받은 다른 모든 노드는 정해진 시간 동안 데이터 전송을 제한하여 은닉 노드 문제가 해결된다. 전송 제한 시간은 RTS와 CTS 프레임에 명시되어 있다. 이 프로토콜은 모든 노드가 같은 전송 범위를 갖는다는 것을 전제로 한다.RTS/CTS는 CSMA/CA 논리적 신호 탐지(virtual carrier sensing)를 구현하기 위한 추가적이고 선택적인 방법이다. 기본적인 802.11은 물리적 신호 탐지(physical carrier sensing)만을 사용하며, 이는 은닉 노드 문제를 발생시킨다.
RTS/CTS 메커니즘을 사용하는 경우, 노드에 RTS/CTS 패킷 크기 한계값이 설정된다. RTS/CTS 패킷 크기 한계값(threshold)은 0-2347 octets 사이의 값을 갖는다. 일반적으로 패킷 크기가 RTS/CTS 패킷 한계값을 넘지 않으면 RTS/CTS 프레임을 전송하지 않는다. 즉, 전송할 패킷 크기가 한계값보다 큰 경우에만 RTS/CTS 교환이 시작되며, 그렇지 않으면 데이터 프레임이 즉시 전송된다. RTS/CTS 패킷에는 데이터 전송에 필요한 예상 시간이 적혀있고, 이 시간 동안 전송에 관계되지 않은 노드는 전송을 하지 않고 기다린다.
2. 2. 은닉 노드 문제 해결
데이터 전송을 원하는 노드는 송신 요청(Request To Send, RTS) 프레임을 보내는 것으로 프로세스를 시작한다. 송수신 중인 다른 신호가 없어 전송이 가능한 무선 환경인 경우, 목적지 노드는 송신 확인(Clear To Send, CTS) 프레임으로 응답한다. RTS나 CTS 프레임을 받은 다른 모든 노드는 정해진 시간 동안 데이터 전송을 제한하여 은닉 노드 문제를 해결한다. 전송을 제한하는 시간은 RTS와 CTS 프레임에 적혀 있다. 이 프로토콜은 모든 노드가 같은 전송 범위를 갖는다는 것을 전제로 한다.RTS/CTS는 CSMA/CA 논리적 신호 탐지(virtual carrier sensing)를 구현하기 위한 추가적이고 선택적인 방법이다. 기본적인 802.11은 물리적 신호 탐지(physical carrier sensing)만을 사용하며, 이는 은닉 노드 문제를 발생시킨다.
RTS/CTS 메커니즘을 사용하는 경우, 노드에 RTS/CTS 패킷 크기 한계값을 설정한다. RTS/CTS 패킷 크기 한계값은 0-2347 octets 사이의 값을 갖는다. 일반적으로 패킷 크기가 RTS/CTS 패킷 한계값을 넘지 않는 경우에는 RTS/CTS 프레임을 전송하지 않는다. 즉, 전송하려는 패킷 크기가 한계값보다 큰 경우에만 RTS/CTS 교환이 시작된다. 그 외의 경우에는 데이터 프레임이 즉시 전송된다. RTS/CTS 패킷에는 데이터 전송에 필요한 예상 시간이 적혀 있고, 이 시간 동안 전송에 관계되지 않은 노드는 전송을 하지 않고 기다리게 된다.
3. 프레임 형식
RTS, CTS 및 ACK 프레임 헤더는 공통적으로 프레임 제어, 지속 시간, 수신자 MAC 주소, 프레임 검사 시퀀스를 포함한다. RTS 프레임은 추가적으로 송신자의 MAC 주소를 포함한다.
| 구성 요소 | 설명 |
|---|---|
| 프레임 제어 | 2바이트 크기의 메타데이터 플래그 |
| 지속 시간 | 데이터 전송에 필요한 예상 시간 |
| 수신자 MAC 주소 | 수신 노드의 MAC 주소 |
| 프레임 검사 시퀀스 | 프레임 오류 검사를 위한 값 |
| 송신자 MAC 주소 | RTS 프레임에만 포함되며, 송신 노드의 MAC 주소 |
3. 1. 주요 구성 요소
4. 반송파 감지 (Carrier Sensing)
RTS/CTS는 충돌 회피 방식 반송파 감지 다중 접속 (CSMA/CA)에서 가상 반송파 감지 (virtual carrier sensing)를 구현하는 선택적인 방법이다. 기본 802.11은 물리적 반송파 감지 (physical carrier sensing)에만 의존하여 은닉 노드 문제가 발생할 수 있다.
RTS/CTS 메커니즘을 사용하는 경우, 노드에 RTS/CTS 패킷 크기 한계값을 설정하게 된다. RTS/CTS 패킷 크기 한계값은 0-2347 octets 사이의 값을 갖는다. 일반적으로 패킷 크기가 RTS/CTS 패킷 한계값을 넘지 않는 경우에는 RTS/CTS 프레임을 전송하지 않는다. 즉, 전송하려고 하는 패킷 크기가 한계값보다 큰 경우에만 RTS/CTS 교환이 시작된다. 그 외의 경우에는 데이터 프레임이 즉시 전송된다. RTS/CTS 패킷에는 데이터 전송에 필요한 예상 시간이 적혀있고, 이 시간 동안 전송에 관계되지 않은 노드는 전송을 하지 않고 기다리게 된다.
5. 프레임 크기 (Frame Size)
RTS/CTS 메커니즘을 사용하는 경우, 노드에 RTS/CTS 패킷 크기 임계값을 설정하게 된다. RTS/CTS 패킷 크기 임계값은 0-2347 옥텟 사이의 값을 갖는다. 일반적으로 전송하려는 패킷 크기가 임계값을 넘지 않는 경우에는 RTS/CTS 프레임을 전송하지 않는다. 전송하려는 패킷 크기가 임계값보다 큰 경우에만 RTS/CTS 교환(handshake)이 시작된다. 그 외의 경우에는 데이터 프레임이 즉시 전송된다. RTS/CTS 패킷에는 데이터 전송에 필요한 예상 시간이 적혀있고, 이 시간 동안 전송에 관계되지 않은 노드는 전송을 하지 않고 기다리게 된다.
6. 노출 단말 문제 (Exposed Terminal Problem)
RTS/CTS는 모든 노드가 동일한 전송 범위를 갖는다는 가정 하에 설계되었다. 이로 인해, 노드가 근처에 있지만 다른 무선 공유기에 연결된 경우, 교환 내용을 엿듣고 RTS에 지정된 시간 동안 전송을 중단하라는 신호를 받게 되는 노출 단말 문제가 발생할 수 있다.
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