802.11 Basics

Wireless LAN Configurations

현재 무선 네트워크(WLANs)는 IEEE 802.11b, 802.11a or 802.11g 을 기본으로 하고 있다. 이러한 표준 들은 무선신호가 어떻게 PC 나 장치들에 네트워크에 접촉 하는지 규정하고 있다. 이러한 무선 장치들은 무선 AP 의 통신 범위 안이라면 옥내/외 어디든지 무선으로 데이터를 주고 받는다. 사용자는 비용의적합성, 통신 속도와 거리, 보안수준, 노이즈 등의 여러 가지 조건들을 따져보고 어떠한 사양의 제품을 선택할지를 결정하게 된다.

802.11b 는 802.11 표준의 첫 번째표 사양으로 발표가 되고 상품화 된 사양이다. 무선의 충신 또는 Wi-Fi 로 불리우면 대형 사무실 공간에서 사용하기에 적당한 사양으로 평가 받았다. 물론 현재까지 Wi-Fi 는 가장 비용 면 에서 효율적이고 대중적으로 인기 있는 사양이기도 하다. 면허가 필요 없는 2.4Ghz 무선 주파수대를 사용하며 속도는 11Mbps 거리 30m 를 커버한다. 다만 블루투스 와 휴대폰에 의해 속도의 감속을 가져오는 간섭현상을 받을수있다.
802.11a 는 Wi-Fi 를 뛰어넘는 몇 개의 장점들의 가지고 있다. 이것은 비 면허 이면서 별로 대중화 되지 않은 주파수대(5.15GHz to 5.35GHz )를 사용하여 간섭에 강한 면을 가지고 있다. 대역폭이 802.11b 보다 높아 이론적으로는 최대54Mbps 를 통신속도를 가지고 있다. 그러나 현실적인 처리속도는 25Mbps 정도를 보여주고 있다.
802.11g 최근에 나온 가장 대중적인 사양으로 802.11a 의 속도와 802.11b의 호환성 들 잘 조화시킨 사양으로 평가 받고 있다. 802.11b 와 같은 주파수대를 사용하고 있으므로 간섭현상에 영향을 받을수있다..

아래표 는 802.11 표준 사양들의 다양한 통신거리 및 데이터 통신 상태를 비교해놓았다.

Table 1. 802.11 a, b, g Range Comparison

Data Rate (Mbps)	802.11a Range (40 mW with 6dBi gain diversity patch antenna)	802.11g Range (30 mW with 2.2 dBi gain diversity dipole antenna)	802.11g Range (100 mW with 2.2 dBi gain diversity dipole antenna)
54	13 m	27 m	-
48	15 m	29 m	-
36	19 m	30 m	-
24	26 m	42 m	-
18	33 m	54 m	-
12	39 m	64 m	-
11	-	48 m	45 m
9	45 m	76 m	-
6	50 m	91 m	-
5.5	-	67 m	67 m
2	-	82 m	82 m
1	-	124 m	124 m

아래 표는 각각의 표준사양들의 통신 속도를 나타내고 있다. 주목할 만한 것은 802.11g 시스템의 속도가 802.11b 의 Client 장비들이 없는 환경에서는 현저히 빨라진다는 것을 볼 수 있다

Table 2. 802.11a, b, g Data Rate Comparison

	Data Rate (Mbps)	Throughput (Mbps)	Throughput as a % of 802.11b thoughput
802.11 b	11	6	100%
802.11g (with .11b clients in cell)	54	14	233%
802.11g (no .11b clients in cell)	54	22	367%
802.11a	54	25	417%

Basic Wireless Network Topology

무선으로 네트워크를 업그레이드 할 때 우리는 네트워크 설계 단계에서 혼동을 할수있다. 아래의 그림은 일반적으로 우리가 유선망 구축시 허브 또는 스위치와 연결하는 PC 및 시리얼 서버 들을 나타내고 있으며 이 그림은 매우 일반적인 망 구성 이라고 볼 수 있다.

Figure 1. Wired Infrastructure Network Configuration

아래 그림은 서버 또는 PC 가 허브 또는 스위치를 통해 Ethernet 네트워크로 연결된 다른 장비들을 보여주고 있으며 이것은 일반적으로 Peer to Peer 방식이란 부르고 있다.

Figure 2. Peer to Peer Configuration

아래그림은 기존 무선장비들이 스위치를 접속된 무선 AP 에 연결을 통해 기존망에 네트워킹 되는 것을 볼수 있다.무선 카드가 장착된 노트북이나 일반 PC 등이 유선 네트웍크에 연결된 AP에 연결되는 것이다. 이것은 마치 무선 장비들이 일반 유선 네트웍에 연결되는 것처럼 구성되는 것이다. 무선의 네트워크의 가장 큰 이득은 유선 케이블을 설치하지 않아도 되는 것이다. 그리고 다른 것은 32개 컴퓨터사용자 까지 커버하기 때문에 다수의 포트가 설치된 대형 네트워크 스위치의 설치가 필요 없다는 장점이 있다.

Figure 3. Infrastructure Wireless Network

무선 디바이스들이 그림처럼 Peer to Peer 방식이나 Ad-Hoc 모드로 접촉을 할 수 있다는 것이다.

Figure 4. Adhoc Wireless Network

통신 거리 확장

무선은 매우 유동적인 구조를 가지고 있다. 사용자는 AP 간의 끊김 없는 로밍 기능을 통해 쉽게 거리를 쉽게 확장 할 수 도 있다. 규모가 큰 오피스 환경에서 여러 대의 AP 가 같은 SSID 를 사용하고 보안설정을 동일하게 하는 설치환경이 권장할만하다.아래 그림과 같이 802.11 은 각각 3개의 채널 1.6,11을 가지고 있으며 사용자는 겹쳐지는 채널을 통해 AP 간 끊김 없는 통신환경을 구축 할수 있게 되는 것이다.

Figure 5. Extending Range

802.11 의 보안 인증과 암호화 방식

아래표는 무선랜의 다양한 보안 프로토콜 및 기술들이다.

Table 3. 802.11을 위한 보안 프로토콜 종류

Data 보안 기술	설명
WEP	Wired Equivalency Privacy, 무선 랜 의 원조 보안 표준프로토콜이다, 암호화 패턴과 트래픽을 캡처 한 다음 특정S/W 로 암호화를 쉽게 깰수 있다는 단점을 가지고 있다
802.1X	802.1X 는 IEEE 의 유/무선접근 제어 표준이다. 이것은 LAN 에 인증과 승인 수단을 제공 한다. 802.1X 는 Extensible Authentication Protocol (EAP)로 정의되어져 있으며EAP 는 각각의 네트워크 사용자 승인을 위해 중앙 인증서버를 사용한다.. EAP 또한 약간의 취약한 약점을 가지고 있다
LEAP	Lightweight Extensible Authentication Protocol (LEAP), 802.1X 승인구조로 시스코에 의해 개발되었다. 그러나 이것은 주소가 dynamic WEP 을 사용한다는 몇 가지 약점을 가지고 있다. LEAP 은 adds MAC address 승인기능을 가지고 있음
PEAP	Protected Extensible Authentication Protocol (PEAP) 승인된 데이터를 암호화 된 키와 패스워드와 함께 전송한다. PEAP에서는, 무선 Client 는 보안 무선랜 구조하에서 인증 없이 승인되어 질수있다.
WPA	Wi-Fi Protected Access (WPA) 는 802.11i 보안 표준중 하나의 부분이고 WEP 로 대체되어 지는 것이 일반적이다.WPA 는 Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) 과 유동 키값 암호화 및 상호인증 을 위한 802.1X 를 잘 결합 하고 있는 구조이다.
TKIP	Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) 는 IEEE 802.11i의 암호화 표준의 일부분이다. TKIP per-packet 당key를 혼합하거나 ,메시지 간격 체크 , 암호와 키의 재생 구조를 가지고 있다. .
WPA2	WPA2 는 WPA의 다음세대 암호화 방식, 무선 네트워크에 접촉할 수 있는 사용자만 승인하는 높은 인증 레벨을 제공 하고 있다. WPA2 는 802.11 표준의 마지막 수정 프로토콜인IEEE 802.11i 를 기반으로 하고있다

Default Security Settings

기본적인 인증 절차를 제공하기 위해 대부분의 AP 는 간단한MAC address 필터링 기능을 제공한다. 기본 보안값은 대부분의 경우에 AP를 작동시키면 변경/설정 할 수 있도록 내장되어있다. 어쨌든 사용자가 변경 값 들과 보안설정을 위해 아래 3가지 설정 값 을 변경 해야 한다.

SSID ? The Service Set Identifier 는일반적으로 제조회사의 이름으로 설정되어있다. 사용자는 자신이 좋아하는 어떠한 단어 및 문구로 설정 변경 할 수 있다.
Channel ? 일반적으로 채널 값은 채널6로 기본 설정 되어진다. 허나 이웃의 가까운 사용자가 쓰는 AP가 채널 6로 설정되어있다면 간섭현상이 발생할수있다. 이런 경우 채널 1에서 11사이의 것으로 설정하며 된다
WEP Key ? WEP 는 기본적으로 작동하지 않도록 설정되어있다. WEP key 기능을 사용하려면 동작 설정 후 128-bit 암호화 값을 설정하면 된다

Wired Equivalent Privacy (WEP)

WEP 는 802.11 표준의 가장 최초의 무선보안 프로토콜 이다. WEP는 802.11 장비의 초기 단순한 암호화 방법으로 산업용보안암호 알고리즘은 아니다. 비록 설정이 간단하다는 잇점 이 있지만 쉽게 해킹이 가능하다. 암호화 를 개선 하기 위해 AP 에 내장되어있는 두 가지 암호화 기능을 설정 하는 쉬운 방법이 있다. 하나는 MAC 주소 필터링 과 SSID 를 숨기는 방법이다. 이러한 설정이 우연한 해커의 참투와 방해로인해 원치않는 트래픽으로 멈출 경우가 있다.그러나 네트워크에 민감하게 영향을 줄만큼 일어나지는 않는다.

Lightweight Extensible Authentication Protocol (LEAP)

LEAP는 802.1X 기반의 특허인증 솔루션으로 보안의 한부분을 차지하고있다. 시스코 에 의해 표준이 개발되었다. 비록 설정이 간단하나 WEP의 취약한 보안부분을 나누어 감당 할 수있다. 그러나 높은수준의 암호화 가 필요한 곳에서는 사용해서는 안된다.

LEAP 은 아래의 기술들을 이용하여 취약한 보안부분을 보완 할 수 있다

상호인증(Mutual Authentication) ? 클라이언트는네트워크를 인증해야 하고 네트워크는 클라이언트 를 인증해야한다.
? 사용자 기반의인증(User-Based Authentication) ? LEAP는 사전승인의 방법으로 ID 와 Password 를 인증하므로 사전에 비승인 사용자의 접근자체를 제거하는 방법이 있다.
? 유동 WEP 키(Dynamic WEP Keys) ? LEAP 는 각각의 사용자에게 계속적으로 독특한 WEP 키를 생성한다

Protected Extensible Authentication Protocol (PEAP)

PEAP 는 승인 서버와 클라이언트 사이에서 암호화된 SSL/TLS(Secure Sockets Layer / Transport Layer Security )를 만들어내는 유동적인 암호화 구조를 가지고 있다. 그리고 같은 채널에서 2차적으로 접근을 시도하는 사용자의 인증 교환을 보호한다. 승인된 서버와 클라이언트 사이에 암호화 채널을 만들기 위해 PEAP 클라이언트는 첫 번째로 PEAP 승인된 서버를 디지털 인증승인절차를 사용하여 승인을 한다. 암호화 TLS 채널이 수립된 후 채널 내에서 사용을 위해표준 EAP 기반 사용자 승인구조를 선택 할 수있다. 사용자의 승인이 성공한 후 승인된 서버에서 유동적으로 생성된 키값이 무선 AP에 제공 되어진다. 이 키값으로부터 AP 는 데이터 보호를 위해 새로운 암호화 키값을 만들어낸다..

Temporal Key Integrity Protocol (TKIP)

TKIP 는 802.11i 무선 암호화 표준중 하나로WEP의 다음세대로 일컬어 지고 있다. 이것은 패켓당 키값을 믹스하는 기능을 추가한 WEP 의 부가 기능추가 버전이다. 이것은 메시지의 중간 체크 와 키값 을 재설정하는 메커니즘을 가지고 있다. 또한TKIP 암호화는 AP 와 클라이언트 수동으로 입력했던 작은(40-bits) 암호화 키를 128 bit 패켓 키로 변경하였다. TKIP 는 WEP의 약점을 보완할 뿐 아니라 취약성을 해결하는 해결책으로 여겨 지고 있다고 볼수있다

Wi-Fi Protected Access (WPA)

WPA 는 TKIP 기반의 802.11i 암호화 표준 의 한 부분으로 소개되었다. WPA 는 TKIP 제공되는 유동 암호화 구조의 WEP 의 약점을 보완한다. WPA는 WEP key 승인절차의 침입 및 예견 되어지는 취약점을 보완 하기 위해 키값을 유동적으로 생성하거나 제거한다. WPA는 데이터 패킷 을 재 발송, 캡쳐, 변경하는 것을 막기 위한 Integrity Check (MIC) 메시지를 포함하고 있다.

Table 4. WPA and WPA2 Mode Types

	WPA		WPA2
	승인	암호화	승인	암호화
Enterprise Mode (사업자 및 공공기관)	IEEE 802.1X/EAP	TKIP/MIC	IEEE 802.1X/EAP	AES-CCMP
Personal Mode (SOHO/개인)	PSK	TKIP/MIC	PSK	AES-CCMP

Wi-Fi Protected Access 2 (WPA2)

2004년 10월에 Wi-Fi 협회에서 발표되었으며 WPA2는 2004년 6월 비준된 IEEE 802.11i의 호환 버전으로 인증 되어졌다. WPA, WPA2 는 IEEE 802.1X/EAP 인증방식 또는 PSK 기술을 지원한다.승인 방법은 Personal 모드냐 Enterprise 모드냐에 따라 설정이 달라진다.암호화는 두 가지 모드 모두 동일하다. 암호화 매카니즘 은 Counter-Mode/CBC-MAC Protocol (CCMP) 로 불려지는 것과 Advanced Encryption Standard (AES). 등이 있으며 AES 는 미국 정부의 암호화 요구사양을 만족 시키는 방식이다.

사용자가 AP에 접속할 WPA2 는 상호인증을 한다. AP 는 사용자가 적당한 자격인증을 을 제공 할 때까지 AP 에 접근 하지 못하게 벽을 치게 된다. 상호승인절차를 거친 사용자만 네트워크에 접속 할수 있다. 이것은 클라이언가 승인된 서버에 접속을 하는 경우이다. 만약 사용자의 자격정보가 승인 서버에 의해 인증되면 클라이언트는 무선네트워크에 접속 되어진다.

자료제공 - 산업용 무선전문기업 와이트리