와이파이

3. IEEE 802.11 표준

IEEE 802.11 표준은 2.4, 3.6, 5, 60 GHz 주파수 대역에서 무선 근거리 통신망(WLAN) 컴퓨터 통신을 위한 매체 접근 제어(MAC)과 물리 계층(PHY) 사양의 집합이다. 전기 전자 기술자 협회(IEEE) LAN/MAN 표준 위원회(IEEE 802)에 의해 생성, 관리된다. 1997년에 표준의 기반이 되는 버전이 출시된 이후, 여러 개선판들이 나왔다. 이러한 표준 및 개선판들은 와이파이 브랜드를 사용하는 무선 네트워크 제품의 기초를 제공한다. 각 수정판은 최신 버전의 표준에 통합될 때 공식적으로 폐지되지만, 기업들은 제품의 기능 홍보를 위해 리비전별로 마케팅하는 경향이 있다.^[179]

장비는 종종 여러 버전의 Wi-Fi를 지원하며, 통신을 위해서는 공통된 Wi-Fi 버전을 사용해야 한다. 버전별로 작동 주파수 대역, 무선 대역폭, 최대 데이터 속도 등이 다르다. 일부 버전은 여러 안테나를 사용하여 속도를 높이고 간섭을 줄인다.

3. 1. 버전 및 세대

2020년에는 2.4GHz 및 5GHz 대역에 더해 6GHz 대역을 사용하는 Wi-Fi 6E가 발표되었다.^[162]

4. 작동 원리

와이파이는 데이터를 데이터 패킷 단위로 나누어 무선으로 주고받으며 통신한다. 이때, 여러 장치가 동일한 무선 채널을 공유하면서도 충돌을 최소화하기 위해 캐리어 감지 다중 접근/충돌 회피(CSMA/CA) 방식을 사용한다.^[81][82] CSMA/CA는 데이터를 보내기 전에 채널이 사용 중인지 확인하고, 사용 중이지 않을 때만 데이터를 전송하는 방식이다. 하지만 여러 장치가 동시에 채널이 비어있다고 판단하고 데이터를 전송하면 충돌이 발생할 수 있으며, 이는 데이터 손실 및 재전송으로 인해 통신 속도를 저하시킬 수 있다.^[77][78]

와이파이는 900 MHz, 2.4 GHz, 3.6 GHz, 4.9 GHz, 5 GHz, 6 GHz 및 60 GHz 등 다양한 주파수 대역을 사용한다.^[83][84][85] 각 주파수 대역은 여러 개의 채널로 나뉘며, 각 채널은 특정 주파수 범위를 가진다. 일반적으로 낮은 주파수는 더 넓은 범위를 커버할 수 있지만, 전송 용량은 적다. 반면, 높은 주파수는 더 많은 데이터를 전송할 수 있지만, 벽이나 장애물에 의해 신호가 약해지기 쉽다.

4. 1. 통신 스택

4. 2. 모드

• 인프라스트럭처(Infrastructure) 모드: 가장 일반적으로 사용되는 모드로, 모든 통신이 기지국(액세스 포인트)을 통해 이루어진다. 네트워크 내 통신은 무선 주파수를 추가로 사용하지만, 기지국과 통신할 수 있는 두 스테이션은 기지국을 통해 통신할 수 있다는 장점이 있다. 이는 숨겨진 노드 문제를 줄이고 프로토콜을 단순화한다.^[180]

• 애드 혹(Ad hoc) 모드: 액세스 포인트 중개 없이 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 직접 통신하는 방식이다. 이를 임시(ad hoc) Wi-Fi 전송 또는 P2P 연결이라고도 한다. 이 무선 임시 네트워크 모드는 휴대용 게임기의 멀티플레이어 비디오 게임(예: 닌텐도 DS(Nintendo DS), 플레이스테이션 포터블(PlayStation Portable))에서 인기를 얻었으며, 디지털 카메라 및 기타 가전제품에서도 인기가 있다. 일부 기기는 임시 모드를 사용하여 인터넷 연결을 공유하여 핫스팟 또는 가상 라우터가 될 수도 있다.^[96] Wi-Fi 다이렉트(Wi-Fi Direct)^[97][98]나 TDLS^[99]도 직접 통신 방식의 일종이다.

5. 이용

와이파이는 가정, 기업, 공공장소 등에서 다양한 목적으로 사용된다.

• 가정: 인터넷 접속, 로컬 네트워크 구축, 파일 공유 등의 목적으로 사용된다.
• 기업: 인터넷 접속, 로컬 네트워크 구축, 파일 공유, 인터넷 전화 등의 목적으로 사용된다.
• 공공장소: 핫스팟을 통해 무료 또는 유료로 인터넷 접속을 제공한다. 핫스팟은 방 안에 한정된 것부터, 여러 액세스 포인트를 중첩하여 수 킬로미터에 이르는 것까지 다양하다.

• 소니 인터랙티브 엔터테인먼트
• 플레이스테이션 포터블
• 플레이스테이션 3
• 플레이스테이션 비타
• 플레이스테이션 4
• 닌텐도 Wi-Fi 커넥션
• 닌텐도 DSi
• Wii
• Wii U
• 닌텐도 스위치
• 마이크로소프트
• 엑스박스 360
• 엑스박스 원

5. 1. 스루풋

5. 2. 대한민국

5. 3. 시티 와이드(City-wide)

5. 4. 위치 확인

5. 5. 동작 감지

6. 하드웨어

Wi-Fi 장치는 무선 네트워크 어댑터, 액세스 포인트, 무선 공유기, 브리지, 중계기 등 다양한 형태로 제공된다. 2000년대 초부터 대부분의 노트북에 무선 네트워크 어댑터가 내장되기 시작했다. Wi-Fi용 칩셋 가격이 계속 하락하면서 점점 더 많은 장치에 Wi-Fi 기능이 내장되고 있다.^[119]

• 무선 액세스 포인트 (WAP): 여러 무선 장치를 인접한 유선 LAN에 연결한다. 네트워크 허브와 유사하게 작동하며, 연결된 무선 장치들 간의 데이터를 중계하고, 동시에 (대부분) 단일 유선 장치(이더넷 허브 또는 스위치)에 연결되어 무선 장치가 다른 유선 장치와 통신할 수 있게 한다.
• 무선 어댑터: 기기가 무선 네트워크에 연결할 수 있도록 하는 장치이다. mini PCIe (mPCIe, M.2), USB, ExpressCard 및 이전의 PCI, CardBus, PC Card와 같은 다양한 외부 또는 내부 인터커넥트를 사용하여 기기에 연결된다. 2010년 기준으로 대부분의 최신 노트북 컴퓨터에는 내장형 내부 어댑터가 장착되어 있다.
• 무선 공유기: 무선 액세스 포인트, 이더넷 스위치, 그리고 내장된 라우터 펌웨어 애플리케이션을 통합하여 인터넷 프로토콜(IP) 라우팅, 네트워크 주소 변환(NAT), 그리고 도메인 이름 시스템(DNS) 포워딩을 통합 WAN 인터페이스를 통해 제공한다. 무선 공유기를 사용하면 유선 및 무선 이더넷 LAN 장치를 케이블 모뎀, DSL 모뎀 또는 광 모뎀과 같은 WAN 장치에 연결할 수 있다.
• 무선 네트워크 브리지(WDS): Wi-Fi를 통해 데이터 링크 계층에서 두 개의 네트워크를 연결하여 단일 네트워크를 형성한다.
• 무선 범위 확장기 (무선 중계기): 기존 무선 네트워크의 범위를 확장한다. 전략적으로 배치된 범위 확장기는 신호 영역을 늘리거나 장애물 주변까지 신호 영역에 도달할 수 있도록 한다.

7. 보안

무선 네트워크 보안은 유선 네트워크에 비해 접근이 간편하여 중요한 문제로 여겨진다. 유선 네트워크는 건물에 접근하거나 외부 방화벽을 뚫어야 하는 반면, Wi-Fi는 네트워크 범위 내에 있기만 하면 접근할 수 있다.^{[125][126][127]} 네트워크가 부적절하거나 암호화를 사용하지 않으면 무선 연결은 보안을 저하시킨다. 공격자는 Wi-Fi 네트워크 라우터에 접근하여 DNS 스푸핑 공격을 할 수 있다.^[128]

무단 접속을 막는 일반적인 방법은 SSID 브로드캐스트를 비활성화하여 접속 지점 이름을 숨기는 것이지만, 클라이언트의 SSID 질의에 응답하여 SSID가 브로드캐스트되므로 효과적인 보안 방법은 아니다. 알려진 MAC 주소를 가진 컴퓨터만 네트워크에 접속하도록 허용하는 방법도 있지만,^[129] MAC 주소 변조를 통해 권한이 있는 주소로 가장하여 네트워크에 접속할 수 있다.

유선 등가 프라이버시(WEP) 암호화는 단순 스누핑은 막을 수 있지만, AirSnort 또는 Aircrack-ng와 같은 도구로 WEP 암호화 키를 빠르게 복구할 수 있어 더 이상 안전하지 않다.^[130] WEP의 취약성 때문에 Wi-Fi Alliance는 시간 키 무결성 프로토콜(TKIP)을 사용하는 Wi-Fi Protected Access (WPA)를 승인했다. WPA는 펌웨어 업그레이드를 통해 구형 장비와 호환되도록 설계되었지만, WPA에도 알려진 취약성이 있다.

WPA2는 고급 암호화 표준(AES)를 사용하는 더 안전한 프로토콜로 2004년에 도입되었으며, 대부분의 새로운 Wi-Fi 장치에서 지원된다. WPA2는 WPA와 완벽하게 호환된다.^[131] 2017년에는 WPA2 프로토콜의 결함이 발견되어 KRACK으로 알려진 키 재생 공격이 가능하게 되었다.^[132][133]

• 일반 형식: `WIFI:S:;T:;P:<암호>;H:;`
• 예시: `WIFI:S:MySSID;T:WPA;P:MyPassW0rd;;`

8. 사회적 측면

무선 인터넷 접속은 사회에 깊숙이 자리 잡았으며, 사회 기능은 여러 방식으로 변화했다.^[142] 세계 인구의 절반 이상이 인터넷에 접속할 수 없으며, 특히 개발도상국의 농촌 지역이 그렇다. 선진국에서 구축된 기술은 종종 비용이 많이 들고 에너지 효율이 낮기 때문에 개발도상국에서는 저기술 네트워크를 더 많이 사용하고, 태양광 발전으로만 유지할 수 있는 재생에너지원을 자주 활용하여 정전과 같은 중단에 강한 네트워크를 구축하고 있다.^[142]

일례로 2007년 페루의 카보 판토하와 이키토스 사이에 450km 네트워크가 구축되었는데, 모든 장비는 태양광 패널만으로 전력을 공급받았다.^[142] 이러한 장거리 Wi-Fi 네트워크는 주로 고립된 마을 주민들에게 인터넷 접속을 제공하고, 고립된 지역 사회에 의료 서비스를 제공하는 두 가지 용도로 사용된다. 앞서 언급한 예의 경우 이키토스의 중앙 병원을 원격 진단을 위한 15개의 의료 지원 기지와 연결한다.^[142]

카페나 공원과 같은 공공장소에서 Wi-Fi에 접속할 수 있게 되면서 특히 프리랜서들이 원격으로 작업할 수 있게 되었다. Wi-Fi 접근성은 작업 장소를 선택할 때 가장 중요한 요소이지만(75%의 사람들이 Wi-Fi를 제공하는 장소를 선호함),^[143] 특정 핫스팟을 선택하는 데에는 책과 같은 다른 자원의 접근성, 작업 장소의 위치, 같은 장소에서 다른 사람들을 만나는 사회적 측면 등 다른 요소들도 영향을 미친다.^[143] 더욱이, 공공장소에서 일하는 사람들의 증가는 지역 사업체들에게 더 많은 고객을 제공하여 지역 경제에 활력을 불어넣는다.

무선 연결은 작업 중 이동의 자유를 더 제공한다. 집이나 사무실에서 일할 때 모두 다른 방이나 구역으로 이동할 수 있게 해준다. 일부 사무실에서는 직원들에게 지정된 책상이 없고, 노트북을 Wi-Fi 핫스팟에 연결하여 어느 사무실에서든 근무할 수 있다.^[143]

인터넷은 생활의 필수적인 부분이 되었다. 2016년 기준으로 미국 가구의 81.9%가 인터넷에 접속하고 있다.^[144] 또한, 광대역 인터넷을 사용하는 미국 가구의 89%는 무선 기술을 통해 연결한다.^[145] 미국 가구의 72.9%는 Wi-Fi를 사용하고 있다.

Wi-Fi 네트워크는 주택과 호텔의 내부 배치에도 영향을 미쳤다. 예를 들어, 건축가들은 고객들이 더 이상 집에서 사무실로 사용할 단 하나의 방만을 원하지 않고, 벽난로 근처에서 일하거나 다른 방에서 일할 수 있는 가능성을 원한다고 설명했다. 이는 건축가들이 설계한 방의 용도에 대한 기존의 생각과 모순된다. 또한 일부 호텔에서는 Wi-Fi 신호가 더 강하게 수신되는 특정 방에 투숙객들이 머물기를 선호한다는 점을 언급했다.^[143]

9. 대한민국의 과제와 미래

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