[Network] 무선 네트워크 구성 (DS, ESS, Roaming)

들어가며

무선 네트워크가 발전하면서 단일 액세스 포인트(AP)만으로는 넓은 영역을 커버하기 어려워졌습니다. 이에 따라 여러 AP를 연결하여 더 넓은 지역에 무선 서비스를 제공하고, 사용자가 이동하면서도 끊김 없이 네트워크를 사용할 수 있도록 하는 기술들이 등장했습니다.

이번 글에서는 DS(Distribution System), ESS(Extended Service Set), 그리고 Roaming 개념을 다루며, 무선 네트워크가 어떻게 확장되고 사용자 이동성을 지원하는지 살펴보겠습니다.

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1. DS (Distribution System) 개요

DS란?

DS(Distribution System)는 여러 개의 BSS(Basic Service Set)를 상호 연결하여 확장된 무선 네트워크를 구성하는 백본 네트워크입니다. 쉽게 말해, 여러 AP들을 연결하는 유선 네트워크 인프라를 의미합니다.

 

단일 AP로는 한정된 범위만 커버할 수 있지만, DS를 통해 여러 AP를 연결하면 훨씬 넓은 영역에 무선 서비스를 제공할 수 있습니다. DS는 일반적으로 이더넷 스위치나 유선 LAN으로 구성되며, 각 AP는 이 유선 네트워크에 연결되어 서로 통신할 수 있게 됩니다.

DS의 역할과 필요성

DS가 없다면 각 AP는 독립적으로 동작하며, 하나의 AP에서 다른 AP로 이동할 때 네트워크 연결이 끊어지게 됩니다. 하지만 DS를 통해 AP들이 연결되면 다음과 같은 이점이 있습니다:

• 확장된 커버리지: 여러 AP를 배치하여 넓은 영역에 무선 서비스 제공
• 로밍 지원: 사용자가 이동하면서도 끊김 없이 네트워크 사용 가능
• 부하 분산: 여러 AP가 클라이언트를 나눠서 처리하여 성능 향상

일반적으로 대형 사무실, 캠퍼스, 공항, 쇼핑몰 등에서는 수십 개 이상의 AP가 DS를 통해 연결되어 있습니다.

DS의 물리적 구성

DS는 주로 스위치와 이더넷 케이블로 구성됩니다. 각 AP는 DS에 유선으로 연결되며, AP 간 통신은 이 유선 네트워크를 통해 이루어집니다.

[AP1] ---- [Switch] ---- [AP2]
              |
           [Router]
              |
          [Internet]

이러한 구성을 통해 클라이언트가 AP1에서 AP2로 이동할 때, DS를 통해 빠르게 핸드오버가 이루어지며 네트워크 연결이 유지됩니다.

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2. ESS (Extended Service Set)

ESS란?

ESS(Extended Service Set)는 DS를 통해 연결된 여러 개의 BSS를 하나의 논리적인 네트워크로 구성한 것입니다. 사용자 입장에서는 여러 AP가 있더라도 하나의 통합된 네트워크처럼 보이며, 동일한 SSID를 사용합니다.

 

단일 BSS는 하나의 AP가 제공하는 무선 네트워크 영역이지만, ESS는 여러 BSS가 결합되어 더 넓은 영역을 커버합니다. 각 BSS는 서로 다른 BSSID를 가지지만, 동일한 SSID를 공유하여 사용자가 의식하지 못하고 네트워크를 사용할 수 있도록 합니다.

ESS의 특징

• 하나의 SSID: 여러 AP가 동일한 네트워크 이름(SSID)을 사용
• 다수의 BSSID: 각 AP는 고유한 BSSID(MAC 주소)를 가짐
• 로밍 지원: 사용자가 한 AP에서 다른 AP로 이동할 때 자동으로 재연결
• 확장된 커버리지: 물리적으로 넓은 영역에 무선 네트워크 제공

ESS 구성 예시

대형 사무실에서 세 개의 AP가 ESS를 구성한다고 가정해 보겠습니다.

• SSID: "CompanyWiFi"
• AP1 BSSID: 00:1A:2B:3C:4D:01
• AP2 BSSID: 00:1A:2B:3C:4D:02
• AP3 BSSID: 00:1A:2B:3C:4D:03

클라이언트는 "CompanyWiFi"라는 네트워크에 연결하지만, 실제로는 세 개의 AP 중 하나에 연결됩니다. 사용자가 사무실 안을 이동하면서 신호 강도에 따라 자동으로 다른 AP로 전환되지만, SSID는 동일하므로 네트워크 연결이 끊기지 않습니다.

ESS와 BSS의 차이

구분 BSS ESS

AP 개수	1개	2개 이상
커버리지	제한적	확장 가능
SSID	1개	1개 (공유)
BSSID	1개	여러 개
로밍	불가능	가능

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3. Roaming (로밍)

Roaming이란?

Roaming(로밍)은 무선 클라이언트가 하나의 AP에서 다른 AP로 이동하면서도 네트워크 연결을 유지하는 기능입니다. 이를 통해 사용자는 이동 중에도 끊김 없이 무선 네트워크를 사용할 수 있습니다.

 

로밍은 ESS 환경에서 필수적인 기능이며, 클라이언트가 현재 연결된 AP의 신호가 약해지면 더 강한 신호를 가진 다른 AP로 자동 전환됩니다. 이 과정을 핸드오버(Handover) 또는 핸드오프(Handoff)라고도 부릅니다.

Roaming의 동작 원리

1. 신호 강도 모니터링: 클라이언트는 현재 연결된 AP의 신호 강도를 지속적으로 확인
2. 약해진 신호 감지: 신호 강도가 일정 수준 이하로 떨어지면 새로운 AP 탐색 시작
3. 새로운 AP 발견: 클라이언트가 주변 AP들의 신호를 스캔하여 더 강한 AP 발견
4. 재연결 수행: 새로운 AP로 재인증 및 재결합(Re-authentication & Re-association)
5. 데이터 전송 재개: 새로운 AP를 통해 네트워크 통신 계속

이 과정은 매우 빠르게 이루어지므로 사용자는 거의 인지하지 못합니다. 일반적으로 50ms 이내에 로밍이 완료됩니다.

Roaming의 종류

1) 인트라 컨트롤러 로밍 (Intra-Controller Roaming)

동일한 WLC(Wireless LAN Controller) 내에서 AP 간 이동하는 경우입니다. WLC가 클라이언트의 상태 정보를 이미 가지고 있기 때문에 매우 빠르게 로밍이 이루어집니다.

특징:

• 가장 빠른 로밍 방식
• 재인증 과정이 최소화됨
• 지연 시간: 10~20ms

2) 인터 컨트롤러 로밍 (Inter-Controller Roaming)

서로 다른 WLC에 연결된 AP 간 이동하는 경우입니다. 클라이언트 정보가 다른 WLC로 전달되어야 하므로 인트라 컨트롤러 로밍보다 시간이 더 걸립니다.

특징:

• WLC 간 통신 필요
• 약간의 지연 발생 가능
• 지연 시간: 50~100ms

3) 레이어 2 로밍 (Layer 2 Roaming)

동일한 서브넷 내에서 이동하는 경우입니다. IP 주소가 변경되지 않으므로 빠른 로밍이 가능합니다.

4) 레이어 3 로밍 (Layer 3 Roaming)

서로 다른 서브넷으로 이동하는 경우입니다. IP 주소가 변경되므로 추가적인 처리가 필요하며, 세션 유지를 위해 Mobile IP 같은 기술이 사용될 수 있습니다.

Roaming 문제 해결

로밍이 제대로 작동하지 않으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• Sticky Client 문제: 클라이언트가 신호가 약한 AP에 계속 붙어 있는 현상
• 핑퐁 효과: 두 AP 사이를 반복적으로 오가며 불안정한 연결 발생
• 로밍 지연: 로밍 시간이 길어져 VoIP, 스트리밍 등에서 끊김 현상

이러한 문제를 해결하기 위한 방법

• AP 배치 최적화: AP 간 신호 겹침 영역을 적절히 설정
• 파워 조정: 각 AP의 송신 전력을 조정하여 신호 간섭 최소화
• 로밍 임계값 설정: 클라이언트가 로밍을 시작하는 신호 강도 기준 조정
• Fast Roaming 기술 활용: 802.11r, 802.11k 등 활성화

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4. DS, ESS, Roaming의 관계

이미지에서 볼 수 있듯이, 무선 네트워크의 확장 구조는 다음과 같이 계층적으로 구성됩니다.

 

1. 최상단 - DS (Distribution System)

이미지 상단의 파란색 영역이 바로 DS입니다. 중앙에 위치한 SW1(스위치)이 DS의 핵심 인프라를 담당합니다. 이 스위치는 AP1과 AP2를 유선으로 연결하는 백본 네트워크 역할을 수행합니다. DS가 없다면 두 AP는 서로 독립적으로 동작할 수밖에 없지만, DS를 통해 연결됨으로써 하나의 통합된 네트워크를 구성할 수 있게 됩니다.

 

2. 중간 계층 - BSS (Basic Service Set)

이미지에서 BSS1과 BSS2로 표시된 두 개의 원이 각각의 BSS를 나타냅니다. 각 BSS는 다음과 같은 특징을 가집니다:

• BSS1: AP1이 제공하는 무선 네트워크 영역
  • SSID: "my wifi"
  • BSSID: 4c4e.354f.0040 (AP1의 고유 MAC 주소)
• BSS2: AP2가 제공하는 무선 네트워크 영역
  • SSID: "my wifi" (BSS1과 동일)
  • BSSID: 4c4e.354f.0041 (AP2의 고유 MAC 주소)

두 BSS는 동일한 SSID를 사용하지만, 서로 다른 BSSID를 가지고 있습니다. 이는 사용자가 "my wifi"라는 하나의 네트워크로 인식하지만, 실제로는 두 개의 독립적인 AP가 서비스를 제공하고 있음을 의미합니다.

 

3. 최하단 - ESS (Extended Service Set)

이미지 하단의 점선 박스로 표시된 전체 영역이 바로 ESS입니다. ESS는 DS를 통해 연결된 BSS1과 BSS2가 하나의 논리적 네트워크로 통합된 것을 의미합니다. 사용자 입장에서는 여러 개의 AP가 있더라도 하나의 "my wifi" 네트워크로 인식하며, 이동하면서도 끊김 없이 네트워크를 사용할 수 있습니다.

Roaming 과정

이미지 중앙에 있는 빨간 화살표가 바로 로밍을 나타냅니다. 클라이언트(노트북)가 BSS1 영역에서 BSS2 영역으로 이동하는 과정을 보여줍니다.

 

로밍의 동작 과정

1. 초기 연결: 클라이언트가 처음에는 AP1(BSS1)에 연결되어 있습니다
2. 이동 시작: 사용자가 노트북을 들고 AP2 방향으로 이동합니다
3. 신호 약화 감지: AP1의 신호가 약해지면서 클라이언트는 주변 AP를 탐색합니다
4. AP2 발견: 더 강한 신호를 가진 AP2를 발견합니다
5. 재연결: DS를 통해 빠르게 AP2로 재연결됩니다
6. 세션 유지: SSID가 동일하므로 사용자는 네트워크 연결이 끊기지 않았다고 인식합니다

이 모든 과정이 매우 빠르게(50ms 이내) 진행되기 때문에, 사용자는 이동하면서도 끊김 없이 네트워크를 사용할 수 있습니다.

 

결국, DS가 있어야 ESS를 구성할 수 있고, ESS가 있어야 Roaming이 가능합니다. 이 세 가지가 조화롭게 동작해야 넓은 영역에서 끊김 없는 무선 네트워크 서비스를 제공할 수 있습니다.

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5. ESS 구성 실습 예시

Cisco 환경에서 ESS 설정

여러 Lightweight AP를 WLC에 연결하여 ESS를 구성하는 예시입니다.

WLC에서 WLAN 생성

(WLC) > config wlan create 1 CompanyWiFi CompanyWiFi
(WLC) > config wlan enable 1

보안 설정 (WPA2-PSK)

(WLC) > config wlan security wpa enable 1
(WLC) > config wlan security wpa akm psk enable 1
(WLC) > config wlan security wpa akm psk set-psk ascii MySecurePassword 1

AP 그룹 설정

(WLC) > config ap-group add BuildingA
(WLC) > config ap-group wlan add BuildingA 1

이렇게 설정하면 WLC에 연결된 모든 AP가 동일한 SSID "CompanyWiFi"를 브로드캐스트하며, ESS가 구성됩니다. 클라이언트는 어느 AP에 연결하든 동일한 네트워크를 사용하게 됩니다.

로밍 최적화 설정

Fast Roaming (802.11r) 활성화

(WLC) > config wlan ft enable 1
(WLC) > config wlan ft over-the-ds enable 1

Neighbor Report (802.11k) 활성화

(WLC) > config wlan radio 11k enable 1

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마무리 및 정리

DS, ESS, Roaming은 현대 무선 네트워크에서 필수적인 개념입니다. DS는 여러 AP를 연결하는 백본 인프라이며, ESS는 이를 통해 확장된 논리적 네트워크를 의미합니다. 그리고 Roaming은 사용자가 이동하면서도 끊김 없이 네트워크를 사용할 수 있도록 지원하는 핵심 기능입니다.

 

특히 대형 사무실, 캠퍼스, 공공장소에서는 이러한 기술들이 필수적이며, 적절한 AP 배치와 로밍 최적화를 통해 사용자에게 안정적인 무선 네트워크 환경을 제공할 수 있습니다.

 

다음 글에서는 무선 AP 아키텍처(Autonomous AP, Lightweight AP, WLC)에 대해 더 자세히 다뤄보겠습니다.