Chapter 01

와이파이란 무엇인가

카페에 들어가 휴대폰의 Wi-Fi 목록을 열면 이름이 열 개도 넘게 뜬다. 그중 “Cafe_5G”와 “Cafe”는 같은 공유기일까, 다른 공유기일까? 집에 메시 공유기를 세 대 놓았는데 목록에는 이름이 하나만 보인다. 공유기 상자에는 “Wi-Fi 7”이라고 적혀 있고 설정 화면에는 “802.11be”라고 나온다. 이 장에서는 와이파이가 어디서 왔고, 누가 규칙을 정하며, 세대 이름이 무엇을 뜻하는지, 그리고 목록에 보이는 이름들 뒤에 어떤 구조가 숨어 있는지 큰 그림을 그린다.

와이파이가 “선 없는 이더넷”으로 출발했고, IEEE 802.11이 규칙을, Wi-Fi Alliance가 인증과 이름을 맡는다는 것을 안다.
802.11b부터 Wi-Fi 7(802.11be)까지 세대마다 대역·채널 폭·변조·스트림이 어떻게 늘었는지 안다.
STA, AP, BSS, BSSID, SSID, ESS를 구분하고, Wi-Fi 목록 한 줄이 무엇을 가리키는지 설명한다.
이 책이 IEEE 원문 대신 무엇을 근거로 삼는지, 그 한계는 무엇인지 안다.

선 없는 이더넷

1990년대의 사무실 컴퓨터는 바닥을 기어 다니는 이더넷 케이블로 이어져 있었다. 노트북이 늘면서 “케이블 없이 같은 네트워크에 붙고 싶다”는 요구가 생겼고, 이더넷 표준을 만들던 IEEE 802 위원회가 무선판을 만들었다. 1997년에 나온 첫 표준이 IEEE 802.11이다. 802.3이 이더넷, 802.15.1이 블루투스(BluetoothBook 참고)인 것처럼, 802.11은 무선 랜의 번호다. 이후의 세대는 802.11b, 802.11a, 802.11n처럼 뒤에 글자를 붙인 개정판(amendment)으로 나오고, 몇 년마다 그동안의 개정을 하나로 합친 통합판(예: 802.11-2020, 802.11-2024)이 나온다.

그런데 표준만 있다고 서로 다른 회사의 제품이 붙는 것은 아니다. 표준에는 선택 사항이 많고 해석의 여지도 있다. 그래서 1999년 제조사들이 모여 서로 연결되는지 시험하고 인증하는 단체를 만들었다. 지금의 Wi-Fi Alliance다. “Wi-Fi”라는 이름도 이때 붙은 상표다. 정리하면 IEEE 802.11이 규칙을 쓰고, Wi-Fi Alliance가 그 규칙을 지킨 제품을 시험해 이름을 붙인다. 공유기 상자의 “Wi-Fi 7” 로고는 Wi-Fi Alliance 인증, 설정 화면의 “802.11be”는 IEEE 표준 이름이다.

회의실 토론

이 책은 와이파이를 회의실에서 하는 토론에 빗대어 설명한다. 공유기(AP)는 사회자, 노트북과 휴대폰은 참석자, 채널은 회의실이다. 회의실에서는 한 번에 한 사람만 말할 수 있어서, 참석자는 조용한지 먼저 듣고(캐리어 감지), 잠깐 무작위로 기다렸다가(백오프) 말하고, 상대가 “네, 들었어요”(ACK)라고 답해 줘야 다음으로 넘어간다(6장). 같은 회의실을 쓰는 옆 팀의 목소리는 방해가 되고(간섭, 2장), 너무 멀리 앉은 사람의 말은 웅얼거림으로 들린다(MCS, 4장). Wi-Fi 6부터는 사회자가 시간을 쪼개 여러 명에게 동시에 발언권을 나눠 주기도 한다(OFDMA, 12장).

세대: 802.11b에서 Wi-Fi 7까지

와이파이는 25년 남짓 동안 수천 배 빨라졌다. 속도를 올린 손잡이는 결국 네 개다. 채널 폭(도로 폭)을 넓히고, 변조를 촘촘하게(한 번에 더 많은 비트) 하고, 공간 스트림(같은 주파수에 여러 줄)을 늘리고, 오버헤드(앞뒤 의식)를 줄였다. 2018년 Wi-Fi Alliance는 외우기 어려운 802.11 글자 대신 Wi-Fi 4·5·6 같은 세대 번호를 붙이기 시작했다.

TIMELINE

세대 탐색기: 무엇이 늘었나

아래 그래프는 세대별 이론 최대 속도(로그 눈금)다. 해볼 것: 802.11n(Wi-Fi 4)과 802.11ac(Wi-Fi 5) 사이의 큰 계단을 눌러 보자. 채널 폭이 40 → 160 MHz, 변조가 64 → 256-QAM, 스트림이 4 → 8로 한꺼번에 늘었다. 최대 속도는 4장의 링크 속도 공식(부반송파 수 × 심볼당 비트 × 부호율 × 스트림 ÷ 심볼 시간)으로 계산한 값이며, 그 공식은 Linux 커널의 속도 계산 코드와 맞춰 검증했다. Wi-Fi 7은 정식 표준의 최대 8스트림 기준 약 23 Gb/s다. 흔히 보이는 “46 Gb/s”는 16스트림을 검토하던 초기 초안 기준의 숫자다.

“최대 속도”를 읽는 법

표의 최대 속도는 표준이 허용하는 가장 넓은 채널, 가장 많은 스트림, 가장 촘촘한 변조를 모두 쓴 이론값이다. 휴대폰은 안테나 공간과 배터리 때문에 대개 스트림 2개라서, 같은 세대라도 실제 링크 속도는 최대의 1/4 수준이다. 그리고 8장에서 보듯 링크 속도의 절반 남짓이 실제 처리율이다.

구조: AP, STA, BSS, 그리고 SSID

802.11은 무선 랜의 구성 요소를 몇 개의 단어로 정리한다. 처음에는 낯설지만, Wi-Fi 목록과 공유기 설정 화면에 그대로 나오는 말들이다.

STA(station): 802.11로 통신하는 모든 기기. 휴대폰, 노트북, 그리고 공유기의 무선부도 STA다.
AP(access point): 다른 STA들을 묶어 유선 네트워크와 이어 주는 특별한 STA. 회의의 사회자다.
BSS(Basic Service Set): AP 하나와 거기에 붙은 STA들의 모임. 회의실 하나에서 열리는 회의 하나다.
BSSID: BSS의 고유 번호. 보통 AP 무선부의 MAC 주소(48비트)다. 공유기 한 대가 2.4·5·6 GHz에서 각각 BSS를 열면 BSSID도 대역마다 다르다.
SSID(Service Set Identifier): 사람이 보는 네트워크 이름. 최대 32바이트. 여러 BSS가 같은 SSID를 쓸 수 있다.
ESS(Extended Service Set): 같은 SSID를 쓰며 유선(또는 무선 백홀)으로 이어진 여러 BSS의 묶음. 메시 공유기 세 대, 회사 천장의 AP 수십 대가 하나의 ESS다. 단말은 그 안에서 BSS를 옮겨 다닌다(로밍, 9장).

그림 1-1. AP 하나와 그 STA들이 BSS, 같은 SSID로 이어진 여러 BSS가 ESS다. 휴대폰이 거실의 AP1에서 방의 AP2로 옮겨 가도 SSID는 그대로이고 BSSID만 바뀐다.

예측해 보기

집 공유기 하나가 2.4 GHz와 5 GHz에서 같은 이름 “MyHome”을 내보낸다. 이 공유기가 만드는 BSS는 몇 개일까?

BSS는 무선(라디오) 하나와 그 위의 접속 기기들이다.

대역마다 따로 BSS를 만들고, 각자 다른 BSSID(MAC 주소)를 갖는다. 목록에는 이름 하나로 묶여 보일 뿐이다. 이름(SSID)이 같은 BSS들의 묶음이 ESS다. 아래 목록 해부에서 확인해 보자.

INTERACTIVE

Wi-Fi 목록 해부: 이름 하나, BSS 여럿

보기

휴대폰은 주변 채널을 돌며 AP들의 비컨(9장)을 듣고 목록을 만든다. 해볼 것: ① “BSS 단위”로 보면 우리 집 SSID 하나 뒤에 메시 노드 2대 × 대역 3개 = BSS 6개가 있다. 휴대폰은 이 중 하나에 붙는다. ② 줄을 눌러 그 BSS의 대역·채널·세기를 확인해 보자. “Cafe”와 “Cafe_5G”처럼 이름이 다르면 휴대폰은 다른 네트워크로 보고, 대역을 옮기려면 사람이 직접 골라야 한다. 목록의 주소와 수치는 설명을 위해 만든 예다.

802.11이 맡는 층: PHY와 MAC

802.11은 네트워크 층 중 아래 두 층만 정한다. 그 위의 IP, TCP, 앱은 이더넷과 똑같이 그대로 쓴다. 그래서 노트북은 케이블을 뽑고 Wi-Fi로 바꿔도 같은 웹 브라우저를 쓴다.

PHY(물리 계층): 비트를 전파로 바꾸는 법. 대역과 채널(2장), OFDM(3장), 변조와 부호화(4장), 다중 안테나(5장).
MAC(매체 접근 제어): 누가 언제 말할지(6장), 프레임 형식과 주소(7장), 확인 응답과 재전송, 연결과 보안(9·10장), 절전(11장).

이더넷과 가장 큰 차이는 매체가 공유되고 믿을 수 없다는 점이다. 스위치로 이어진 이더넷은 포트마다 전용 선이 있고 오류가 드물다. 와이파이는 같은 채널의 모든 기기가 한 공기를 나눠 쓰고, 벽과 거리와 간섭 때문에 프레임을 자주 잃는다. 그래서 와이파이의 MAC은 이더넷에는 없는 확인 응답(ACK), 재전송, 충돌 회피, 프레임 묶기 같은 장치로 가득하다.

이 책이 근거로 삼는 것

와이파이의 원문 표준(IEEE 802.11-2024, 802.11be-2024)은 IEEE의 무료 열람 프로그램으로 공개되어 있지만 계정 로그인이 필요해, 이 책을 쓰며 원문을 직접 확인하지 못했다. 대신 표준을 그대로 구현한 공개 소스 코드를 1차 근거로 삼았다. Linux 커널의 무선 스택(cfg80211·mac80211)의 채널 계산·속도 계산·전송 시간 계산, hostapd·wpa_supplicant의 보안 계산과 시험 벡터, 기본 설정값이다. 책의 계산 함수는 이 코드와 시험 벡터로 자동 검증한다(scripts/verify-factcheck.cjs). 여기에 Wi-Fi Alliance와 장비 회사의 공개 자료로 수치를 교차 확인했다. 원문을 보지 못했으므로 조항 번호는 소스 코드 주석이 인용한 경우에만 적는다.

핵심 정리

와이파이는 “선 없는 이더넷”이다. IEEE 802.11(1997~)이 규칙을, Wi-Fi Alliance(1999~)가 인증과 이름을 맡는다. 세대 이름(Wi-Fi 4~7)은 2018년부터 붙였다.
속도는 채널 폭 · 변조 · 공간 스트림 · 오버헤드의 네 손잡이로 늘었다. 802.11b 11 Mb/s → Wi-Fi 7 약 23 Gb/s(8스트림, 320 MHz). 휴대폰(보통 2스트림)의 현실 속도는 그보다 훨씬 낮다.
STA는 모든 기기, AP는 사회자, BSS는 AP 하나의 모임, BSSID는 그 번호(보통 MAC 주소), SSID는 사람이 보는 이름, ESS는 같은 SSID로 묶인 여러 BSS다.
802.11은 PHY와 MAC만 정한다. 공유되고 믿을 수 없는 매체라서 MAC에 ACK·재전송·충돌 회피·프레임 묶기가 들어 있다.

확인 퀴즈

공유기 상자의 “Wi-Fi 6” 로고와 설정 화면의 “802.11ax”의 관계로 옳은 것은?

IEEE가 규칙(802.11ax)을, Wi-Fi Alliance가 인증과 이름(Wi-Fi 6)을 맡는다. 6 GHz를 쓰는 Wi-Fi 6는 따로 Wi-Fi 6E라 부른다.

메시 공유기 3대가 각각 2.4·5 GHz로 같은 SSID를 낸다. 휴대폰 주변에 있는 BSS는 몇 개인가?

노드 3대 × 대역 2개 = BSS 6개, BSSID도 6개다. SSID는 하나라 화면에는 이름 하나만 보인다.

BSSID는 보통 무엇인가?

SSID가 사람용 이름이라면 BSSID는 BSS를 구분하는 기계용 번호다.

와이파이의 MAC에 이더넷에는 없는 ACK와 재전송이 필요한 가장 큰 이유는?

무선은 공유 매체이고 오류가 잦다. 그래서 받은 쪽이 ACK로 확인하고, 없으면 다시 보낸다(6·7장).

Wi-Fi 7(802.11be)의 이론 최대 속도로 정식 표준의 최대 스트림(8개)을 기준으로 할 때 가장 가까운 것은?

320 MHz, 4096-QAM 5/6, GI 0.8 µs에서 스트림 하나가 약 2.88 Gb/s, 8스트림이면 약 23 Gb/s다. 9.6 Gb/s는 Wi-Fi 6의 최대다.