WLAN 관리 프레임 종류 (Management Frame) - 1 (Beacon)

WLAN Mgmt(management) Frame들을 하나 하나 설명드리려고 합니다.

 

WLAN Frame 중 type에 의하여 표시되는 Frame의 종류는 관리(Management), 제어(Control), 데이터(Data)가 있습니다.

이 중 관리 프레임의 역할은 주변의 네트워크 스캔을 통하여 네트워크와 단말을 식별하는 과정을 거치며 정당한 사용자를 인증하는 인증 절차, 마지막으로 이러한 인증 절차를 통과한 사용자와 통신규약을 협의하고 결합하는 과정을 위해 사용되고 있습니다.

 

이러한 관리 프레임 중 단말이 네트워크를 알 수 있도록 홍보하는 역할을 하며 이미 연결된 단말에서도 다른 AP로 옮겨갈 수 있도록 주변 자신의 허용하는 영역에 브로드캐스트로 뿌려지게 되는 Beacon을 좀 더 자세히 다루겠습니다.

 

단말들은 Wifi 연결을 위하여 주변에 사용가능한 네트워크를 찾게 되는데 이러한 wifi 연결 가능 목록을 띄우게 되는 방법 중 네트워크에서 브로드캐스트하여 보내는 Beacon을 받아 목록에 띄워주게 됩니다.

 

네트워크라고 표현한 이유는 AP뿐만 아니라 Ad-hoc 같은 형식의 네트워크에서는 단말에서 나오기 때문에 네트워크에서 나온다고 하였습니다.

 

Beacon의 Frame Body 부분에는 해당 네트워크에 대한 정보를 담아 보내게 되는데 이 중 필수적으로 담아야하는 내용과 그렇지 않은 부가적인 옵션들이 존재합니다. 이를 하나하나씩 살펴보도록 하겠습니다.

 

우선 Beacon Frame을 하나 가져와 봤습니다.

 

보시는 것 과 같이 하나의 패킷 안에 많은 정보들이 담겨 있는데 type~ Sequence까지의 MAC 헤더를 확인 할 수 있습니다. 그 아래 빨간 박스에 있는 부분이 Frame Body 부분으로 Beacon이 담고 있는 정보들을 나타내고 있습니다. 이 필드들은 고정적이거나 가변적인 크기를 가지고 있습니다.

 

이 중 필수 적인 정보들을 먼저 소개하도록 하겠습니다.

 

필수적인 필드

1. TimeStamp ( 8 byte )
   AP의 시간을 나타내는 것으로 마이크로 초로 표현이 되며 2^64의 값이 되면 0으로 재설정 되게 됩니다. 이 필드는 BSS 내의 스테이션 간의 시간 동기화를 위해 사용됩니다.
   

2. Beacon Interval ( 2 byte )
   Beacon의 간격이라고 할 수 있으며 이 간격을 통하여 Beacon의 주기를 확인할 수 있습니다.
   

3. Capabilities Information ( 2 byte)
   네트워크에 대한 특정 정보에 대해서 bit 단위로 목록화 해놓았으며 요청되어지거나 선택되는 기능을 표시하도록 합니다.
   

   

   
   목록들은 각각 설명과 함께 값이 설정되며 ESS의 여부, IBSS의 여부 CF-poll, 암호화 여부에 관한 내용 등을 담고 있습니다.
   

4. SSID ( 가변 크기 )
   이 필드에는 세가지의 구성이 있으며 번호(항상 0의 값)와 길이, SSID 이름이 들어가게 되기 때문에 가변적인 크기를 가지게 됩니다.
   

   
   

5. Supported Rates ( 가변 크기 )
   지원 가능한 단일 속도들을 나타내고 있으며 하나의 항목은 8비트로 나타내며 각각 마지막 비트에 의하여 기본속도(BSS)인지, 지원 속도인지를 표현합니다. 마지막 비트가 1인 경우 BSS 기본속도이며 0 인 경우 지원하는 속도라고 할 수 있겠습니다.

 

선택적인 필드

여기까지는 기본적으로 포함되어야 하는 내용들이며 다음은 선택적으로 표현되는 필드이며 기존의 802.11 표준에서의 순서로 작성하였으며 예시에서 표시된 항목( 주로 사용되는 항목)은 색상 처리 하였습니다. 

 

1. FH Parameter set (FH = Frequency Hopping)
   FH를 사용하는 경우 설정되어집니다.
   

2. DS Parameter set (DS = Direct Sequence)
   DS를 사용하는 경우 설정되어지는데 FH와 DS 중 하나만 표현됩니다.
   

3. CF Parameter set (CF = Contention Free)
   PCF를 사용하는 경우 나타나지만 실제 상용되는 랜에서는 사용되지 않고 있습니다.
   

4. IBSS Parameter set
   IBSS, Ad-hoc인 경우에만 나타납니다.
   

5. TIM (Traffic Indication Map)
   AP가 생성하는 Beacon에만 존재하며 DTIM(Delivery Traffic Indication Map)을 사용해 스테이션에게 AP가 송신할 프레임을 버퍼링하였는지에 대해서 알려주는 것으로 길이, DTIM 갯수, 기간, Bitmap Control, 가상 비트맵등을 담고 있습니다. bitmap control을 보시면 0으로 설정되어 있는 것은 멀티캐스트와 브로트캐스트 데이터가 없다는 것을 의미합니다.
   

   

6. Country
   국가마다 규제 영역으로 허용되는 채널과 최대 전송가능 전력 등 국가의 규제에 관한 내용을 담고 있습니다.
   

7. FH Parameters (FH = Frequency Hopping)
   FH 에서 사용하는 부분
   

8. FH Pattern table (FH = Frequency Hopping)
   FH 에서 사용하는 부분
   

9. Power Constraint
   802.11h와 관련되어 있으며 공항의 레이더나 기상 레이더와 같은 특수 목적으로 사용되는 경우를 위한 필드 입니다.
   

10. Channel Switch
    마찬가지로 802.11h와 관련되어 있고 레이더 신호의 돌풍이 일어나면 채널 이동을 위한 필드입니다.
    

11. Quite
    역시 802.11h와 관련된 필드입니다. 레이더 신호의 테스트를 위해 전송하지 않고 기다리는 정지 시간을 담고 있습니다.
    

12. IBSS DFS (Dynamic Frequency Selection)
    IBSS에서 802.11h와 함께 사용되며 레이더 신호를 대역대에서 균일하게 사용하기 위하여 사용하는 필드입니다.
    

13. TPC Report (Transmit Power Control)
    Transmit Power & Link Margin 의 정보를 포함하고 있습니다. TPC request에 대한 응답으로 전송되며 802.11h와 관련되어 있습니다. 송신 전력을 조정하기 위해 전송 전력과 안전 데시벨 수를 나타냅니다.
    

14. ERP information (ERP = Extended Rate Phy)
    ERP는 802.11g를 지원하는 2.4GHz 네트워크에 존재하며 Non ERP Present는 802.11b STA(단말)이 있는 경우와 802.11g를 사용할 수 없는 중복 네트워크가 발견될 때 설정됩니다. 설정되며 Use Protection은 CTS 보호를 사용하여야 하는 경우, Baker Preamble Mode의 경우는 오래된 무선 랜카드와의 호환성을 위해 Long을 쓰는 경우 1로 설정됩니다.
    

    

    
    

15. Extended Supported Rates
    지원 속도의 항목이 8개가 넘어가는 경우 확장 지원속도에 추가되어 나타납니다.
    

16. RSN Information (Robust Security Network)
    보안 기능에 대한 중요한 필드이며 암호와 인증에 관련된 정보를 담고 있습니다. Group, Pairwise, AKM, PMK등의 정보를 나타내기 때문에 이 부분을 통해 인증과 관련된 정보를 얻어 낼 수 있습니다.
    

    

     

17. BSS Load (QBSS Load Element)
    QoS가 지원되고 QBSS Load element라고 불리는 경우에만 사용 됩니다. 연결된 총 무선장치 갯수와 채널 사용률 사용가능한 허용 용량 등이 있습니다. 또한 버전에 따라 시스코 독점, 802.11e 표준 기반이 있습니다.
    

18. EDCA Parameter set
    QoS가 지원될때 사용되는 필드로 대부분은 이 element 이름으로 지원되지 않고 WMM or WME로 vender specific element로 제공됩니다.
    
    

    

     

19. QoS Capability
    QoS가 지원될 때만 사용되며 EDCA Parameter set element가 없는 경우에만 대체하여 나타납니다.
    

20. Mobility Domain
    AP가 802.11r에 정의된 FT 인증(Fast Transition BSS)를 지원하는 것을 나타내며 이를 위한 도메인 Mobile Domain Element ID 또한 나타냅니다.
    

21. HT Capability (HT = High Throughput)
    802.11n에 추가된 성능 향상을 위해 사용되는 HT의 선택적 기능에 대한 정보를 담고 있습니다.
    

22. HT Operation
    마찬가지로 802.11n에서 추가된 HT의 기능을 운영할 때 사용하는 것으로 STA이 BSS에 속할 때 작동을 제어하는 내용을 담고 있습니다.
    

23. 20/40 BSS Coexistence
    역시 802.11n과 관련있으며 20MHz 와 40MHz를 사용하는 STA이 동일한 공간에서 공존할 수 있는 방식에 대해 정보를 교환하는 내용을 담고 있습니다.
    

24. Overlapping BSS Scan Parameters
    중첩되는 BSS ( OBSS ) 스캔 작업을 수행할 때 BSS 구성원이 사용할 값을 알려주는 element입니다.
    

25. Extended capabilities
    확장 기능 정보에 대한 정보를 담고 있습니다.
    

26. VHT Capability (VHT = Very High Throughput)
    802.11ac에서 사용하는 VHT의 선택적 기능 정보를 담고 있습니다.
    

27. VHT Operation ( Very High Throughput )
    VHT의 작동을 제어하는 내용을 담고 있습니다.
    

28. VHT Transmit Power Envelop ( Very High Throughput )
    VHT 최대 전송 전력에 대한 정보를 담고 있습니다.
    

29. Vender Sepecific
    벤더 마다 사용하는 옵션으로 비표준의 정보를 담고 있는 것들이며 종류가 무수히 많습니다.

벤더와 버전별로 굉장히 다른 포멧을 가지고 있는 경우가 많습니다. 예를 들면 제가 받은 Beacon 3가지만 해도 다른 format을 지니고 있었습니다.

 

1번째 패킷

 

 

2번째 패킷

 

 

3번째 패킷

 

이렇듯 다양한 format을 가진 다는 것을 알고 계셔야 할 것 같습니다. 그럼 이상으로 Beacon에 포함될 수 있는 항목들을 정리해보았습니다. probe response와 probe request 등과 유사한 항목이 굉장히 많고 또한 다른 frame과도 겹치는 항목들이 많습니다. beacon을 가장 먼저 시작한 이유는 굉장히 많은 element를 가지고 있고 가장 흔히 볼 수 있는 frame이기 때문입니다. 좀 더 자세한 설명은 802.11표준과 정보통신기술용어해설 페이지에서 확인 하실 수 있습니다.