글 싣는 순서
 1. RToWLAN의 개요
 2. 셀 디자인 고려사항
 3. 무선구간의 QoS
 4. 보안
 5. 로밍 
 6. 지금은 FMC를 시작할 때 (애플 + 시스코)


시작하며
무선 구간은 다수의 단말이 동일한 주파수를 경쟁적으로 사용하는 CSMA 환경입니다. 경쟁환경에서 음성 및 영상과 같은 실시간 트래픽의 품질을 보장하기 위한 QoS는 필수적이지만, 무선 구간은 쉽지 않습니다.이 글은 기본적인 QoS 컨셉은 제외하고 무선 구간 중심의 QoS 만을 다룹니다. QoS 에 대한 기본 개념이 없으신 분들은 다음글을 참조하시기 바랍니다.

2008/03/17 - [IP Telephony] - [연재] 멀티미디어 네트워크 상에서의 QoS - 1. QoS 개요 및 2. QoS Classification & Marking


무선 주파수의 이해
유선 구간은 스위치와 연결된 PC 또는 IP 전화기간을 고려하지만, 무선 구간은 같은 주파수 대역을 사용하는 모든 단말이 고려 대상입니다. 
WLAN는 무허가 주파수 대역 (unlicensed Spectrum)인 2.4Ghz와 5Ghz을 사용하므로 1W 이하의 전력을 사용하는 어떤 기기라도 활용 가능합니다. 예를 들면, 스마트폰, 블루투스 이어셋, 블루투스 스피커, 전자렌지 등이 모두 2.4G 주파수 대역을 사용하므로 간섭은 ㅅ아시 발생합니다.  


무선 단말의 기기의 기하급수적인 증가는 QoS에 지속적인 영향을 미칩니다. 

  • 2016년말까지 85%의 신규 단말은 802.11ac를 지원할 것이다. (AVI Research)
  • 2017년까지 무선 트래픽은 53%로 40% 수준의 유선 트래픽을 초과할 것이다. 
  • 모바일 데이타중 57%는 Wi-Fi를 이용하 할것이다. (IDC)
  • 이동 근무자 중 67%는 영상회의와 영상 채팅 앱을 사용할 것이다. (Morgan)


무선구간에서 QoS가 중요한 이유 
음성 및 영상과 같은 실시간 트래픽은 무선 구간에서 취약합니다.   

첫째, 무선 구간은 주파수를 공유하는 Shared Media 구조입니다. 스위치 포트와 단말간의 전용 라인을 보장받는 유선과 달리 무선 구간은 AP와 여러 단말간의 경쟁 구조입니다. 허브 (Hub) 장비에 연결된 PC들처럼 동작합니다. 

둘째, 유선 구간은 양방향 전이중 통신 (Full Duplex)이지만, 무선 구간은 단반향 전이중 통신 (Half Duplex) 입니다. 한 번에 송신 또는 수신만 가능합니다. 

위의 두 가지 이유로 패킷 충돌 (Collision)에 대한 고려가 반드시 필요합니다. 유선 구간은 혼잡회피 (Congestion) 를 위한 큐잉 (Queuing)을 중심으로 QoS가 진화했다면, 무선 구간은 충돌 회피 및 재전송방지가 QoS의 핵심입니다.  

<유선의 QoS 의 주목적 : 혼잡회피>

 <무선의 QoS 의 주목적 : 충돌회피 및 재전송 방지>


무선구간의  다중 접속을 위한 패킷 전송 방식
이더넷은 CSMA/CD ( 반송파 감지 다중 접속 / 충돌 감지, Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) 방식입니다. 단말은 회선 상에 전달되는 신호의 여부를 감지한 후 전송하지 않는 상태(idle)일 때 프레임을 전송합니다. 전송 후 충돌이 감지되면 일정시간 후에 재전송하는 매커니즘입니다. 

무선랜은 CSMA /CA (반송파 감지 다중 접속 / 충돌회피, Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)방식입니다. 무선랜 구간은 전송 간의 충돌을 검출할 방법이 없으므로 다중 접속을 위해 송신을 위한 권리를 획득한 후에 송신합니다. 교차로에서 신호등을 기다리는 자동차와 같은 상황입니다. 

802.11 WLAN의 다중 접속 방식은 CSMA/CA 또는 DCF (Distributed Coordination Function) 이라고도 합니다. 


무선 구간을 위한 QoS 트래픽 분류 및 마킹
QoS 적용의 시작은 패킷을 분류하고 마킹하는 것입니다. Layer 2 이더넷 프레임에서는 802.1p/Q의 CoS 필드를 이용하여 패킷을 마킹하여 전달합니다. Layer 2 무선구간은 802.11e UP (User Priority) 필드의 마지막 3비트를 이용하여 마킹합니다. L3 라우터 장비에 도착한 패킷은 L2에 마킹된 패킷을 보고 DSCP 및 PHB값에 따라 큐잉합니다. 


즉, 패킷은 무선구간에서는 802.11e 를 기준으로, 유선 구간에서는 802.1p 및 DSCP를 기준으로 처리됩니다. 

WMM (Wi-Fi Multimedia)은 Wi-Fi Alliance에서 더 쉽게 QoS 구현을 도모하고자 802.11e QoS Control 필드에 기능들 조합하여 만든 표준입니다. 우선순위 파라미터를 기반으로 제한적인 QoS를 지원하며, 802.11e와 서로 매핑됩니다. 

Cisco AP 및 WLAN Controller를 사용할 경우, QoS Profile을 반드시 구성해야합니다. 특히 Platinum QoS Profile을 구성하여 VoIP를 사용하는 모든 무선 네트워크에 적용해야 합니다. 아래 그림과 같이 Platinum QoS Profile에서 Maximum Priority를 "Voice" 설정하고, 나머지는 Best Effort로 구성합니다. 

Trust Boundary 문제
여기서 QoS 마킹을 위해 신뢰(Trust) 문제가 발생합니다. 관리자가 관리하는 네트워크에서의 QoS 마킹은 신뢰할 수 있지만, 사용자가 관리하는 단말에서 발생되는 QoS 마킹의 신뢰여부는 정책적으로 판단할 필요가 있습니다. 사용자가 PC에서 마음대로 QoS 마킹을 해서 보낸다면 네트워크에 심각한 영향을 미치기 때문입니다. 기본적으로 PC나 사용자 단말에서 전달하는 QoS마킹은 인정하지 않지만 다음의 경우에는 생각해 보아야 합니다.

  • 전용 IP 전화기
    시스코 8861 또는 8821와 같은 전용 하드웨어 단말에서 송신되는 패킷의 QoS 마킹은 사용자가 제어할 수 없습니다. 관리자의 설정에 따라 패킷이 마킹되므로 신뢰할 수 있는 단말입니다. 

  • PC 및 스마트폰의 소프트 클라이언트 (시스코 재버)
    시스코 재버와 같은 소프트 클라이언트는 QoS 매핑 기능을 지원하지만, 신뢰여부는 별개입니다. OS를 지나므로 사용자에 의해 변경될 수 있습니다. 단말로 향하는 다운스트림 패킷은 문제가 없지만, 단말에서 발생되는 업스트림 패킷은 AP 나 WLC 에 도착하기 전까지는 알수없습니다. 일반적으로 AP에 도착하면 패킷을 보고 QoS 마킹을 새롭게 합니다.  
     

일반적으로 정책적으로 관리자가 어디를 신뢰 구간(Trust Boundary)을 결정합니다. 그리고, 시스코 재버와 무선 단말들의 기본 QoS마킹 정보입니다. 시스코 단말들 Trust Boundary 설정할 경우 아래 값을 그대로 준용합니다. 


패킷별 큐잉
신뢰구간에서 패킷마다 QoS 마킹이 정상적으로 이루어졌다면, 각 장비에서 마킹에 따라 큐잉이 되어야 합니다. 무선 단말에서 출발한 패킷은 AP를 지나 WLAN Controller에 도착합니다. WLAN Controller는 큐잉 매커니즘에 따라 패킷을 순차적으로 전달합니다. WLAN Contoller는 도착한 패킷을 전달하거나 (Permit) QoS Marking을 다시 하거나 (Mark), 폐기합니다. (Drop)

AVC (Application Visibility and Control)는 시스코 AP와 WLAN Controller 기능에 내장된 NBAR (Network-based application Recognition) 기능입니다. NBAR은 패킷을 단순히 TCP 또는 UDP 포트 번호로 분류하기 어려운 프로토콜이나 애플리케이션을 분류하도록 도와줍니다. 


Cisco WLAN Contoller에서 애플리케이션이나 프로토콜별로 정의된 "Action"들을 포함하는 AVC 프로파일 설정합니다. 

생성한 AVC 프로파일을 QoS 매커니즘을 적용할 때 같이 설정합니다.  


유무선 구간의 QoS 매핑
만일 단말에서 L2 QoS 정보가 매핑되어 있지 않을 경우 무선 구간은 일반 트래픽으로 취급됩니다. 이런 경우 제일 처음 패킷을 보내거나 받게되는 AP에서 QoS 마킹이 이루어져야 합니다. 이를 Policy Enforcement Point라 합니다. PEP가 WLAN Controller가 아니라 AP로 당기는 것이 필요합니다. 


정리하며
지금까지 무선 구간의 QoS에 대해 정리했습니다. QoS 는 필요하지만 막상 적용하면 크게 티가나지 않는 기술입니다. 언제나 제일 먼저 충분한 대역폭을 확보하고, 여의치 않으면 QoS를 적용하여 적은 자원을 최대한 이용하는 것입니다.  다음에는 WLAN 보안에 대해 살펴보겠습니다.


여담
1년전에 썼다가 깜빡하고 포스팅을 하지 않은 글입니다. 지금 포스팅하네요.  연말에 한가해지면 다른 글들도 계속 포스팅
하겠습니다.  


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Posted by 라인하트

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