[네트워크] 무선 통신 정리: Wi-Fi, 블루투스, LTE/5G 쉽게 이해하기

무선 통신

무선 통신은 케이블 없이 전파를 이용해 데이터를 주고받는 통신 방식이다.

유선 통신에서는 랜 케이블이나 광케이블 같은 물리적인 선을 통해 신호가 이동한다. 반면 무선 통신에서는 공기 중으로 퍼지는 전파를 이용한다.

 

우리가 일상에서 사용하는 대표적인 무선 통신에는 Wi-Fi, 블루투스, LTE, 5G가 있다.

Wi-Fi
집, 학교, 회사, 카페에서 인터넷에 연결할 때 사용

블루투스
이어폰, 키보드, 마우스처럼 가까운 기기끼리 연결할 때 사용

LTE/5G
스마트폰이 이동통신망을 통해 인터넷에 접속할 때 사용

 

이 세 가지는 모두 무선 통신이지만 사용 목적과 범위가 다르다.

Wi-Fi

Wi-Fi는 무선 LAN 기술이다.

유선 LAN에서 Ethernet을 사용하듯이, 무선 LAN에서는 Wi-Fi를 사용한다고 이해하면 쉽다.

 

Wi-Fi의 표준 이름은 IEEE 802.11이다.

 

집에서 스마트폰이나 노트북을 공유기에 연결해 인터넷을 사용하는 것이 대표적인 Wi-Fi 사용 예이다.

Wi-Fi는 비교적 가까운 범위에서 여러 장치를 네트워크에 연결하는 데 사용된다.

Wi-Fi와 공유기

가정에서 Wi-Fi를 사용할 때 중심이 되는 장비는 보통 공유기이다.

공유기는 무선 접속 지점 역할을 한다. 이를 AP(Access Point)라고도 한다.

 

스마트폰이나 노트북은 AP에 무선으로 연결된다.

 

AP는 이 장치들을 유선 네트워크나 인터넷으로 연결해준다.

 

공유기는 보통 여러 기능을 함께 수행한다.

무선 AP 기능
무선 장치들을 Wi-Fi로 연결

라우터 기능
내부 네트워크와 외부 인터넷을 연결

DHCP 기능
내부 장치에 사설 IP 주소 자동 할당

NAT 기능
사설 IP 주소와 공인 IP 주소 변환

 

그래서 집에서 Wi-Fi에 연결하면 스마트폰은 공유기로부터 사설 IP 주소를 받고, 인터넷에 접속할 때는 공유기의 NAT 기능을 통해 외부와 통신한다.

Wi-Fi의 특징

Wi-Fi는 주로 제한된 공간 안에서 사용된다.

 

집, 회사, 학교, 카페처럼 비교적 좁은 범위에서 장치들을 무선으로 연결한다.

 

Wi-Fi는 일반적으로 이동통신망보다 사용 가능한 범위는 좁지만, 같은 공간 안에서는 빠른 속도로 데이터를 주고받을 수 있다.

 

다만 Wi-Fi는 전파를 사용하기 때문에 주변 환경의 영향을 받는다.

벽이 많거나, 공유기와 거리가 멀거나, 주변에 같은 주파수를 사용하는 장치가 많으면 속도가 느려질 수 있다.

Wi-Fi의 특징
근거리 무선 네트워크
공유기나 AP 필요
같은 LAN 안의 장치 연결
비교적 빠른 데이터 전송

Wi-Fi 주파수

Wi-Fi는 주로 2.4GHz와 5GHz 대역을 사용한다. 최근에는 6GHz 대역을 사용하는 Wi-Fi 6E, Wi-Fi 7도 등장했다.

2.4GHz
도달 거리가 비교적 길고 벽을 잘 통과함
간섭이 많고 속도는 상대적으로 낮을 수 있음

5GHz
속도가 빠르고 간섭이 적은 편
도달 거리는 2.4GHz보다 짧을 수 있음

6GHz
더 넓은 대역폭 사용 가능
지원 장치와 공유기가 필요

 

2.4GHz는 멀리 가기 좋지만, 블루투스나 전자레인지 등 다른 장치와 간섭이 생길 수 있다.

5GHz는 속도가 빠른 편이지만 벽을 통과하는 능력은 상대적으로 약하다.

Wi-Fi와 CSMA/CA

무선 환경에서는 여러 장치가 같은 주파수 대역을 공유한다.

 

만약 두 장치가 동시에 데이터를 보내면 신호가 겹쳐 충돌이 발생할 수 있다.

 

유선 Ethernet에서는 전통적으로 CSMA/CD를 사용해 충돌을 감지했다.
하지만 무선에서는 충돌을 직접 감지하기 어렵다.

 

그래서 Wi-Fi에서는 CSMA/CA를 사용한다.

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)는 충돌을 피하려고 하는 방식이다.

CSMA/CD
충돌을 감지한다.
주로 유선 Ethernet에서 사용되던 방식

CSMA/CA
충돌을 피하려고 한다.
주로 Wi-Fi에서 사용

 

Wi-Fi 장치는 데이터를 보내기 전에 먼저 채널이 비어 있는지 확인한다.

 

비어 있으면 바로 보내지 않고, 임의의 시간 동안 기다렸다가 전송한다. 이렇게 하면 여러 장치가 동시에 전송을 시작할 가능성을 줄일 수 있다.

Wi-Fi는 충돌이 발생한 뒤 감지하는 방식보다, 충돌이 일어나지 않게 조심하는 방식에 가깝다.

블루투스

블루투스(Bluetooth)는 가까운 거리의 장치들을 연결하기 위한 무선 통신 기술이다.

Wi-Fi가 네트워크 접속과 인터넷 연결에 많이 사용된다면, 블루투스는 주변 기기 연결에 많이 사용된다.

 

블루투스는 비교적 짧은 거리에서 적은 전력으로 동작하는 것이 특징이다.

블루투스는 인터넷 연결 자체보다 기기와 기기 사이의 직접 연결에 자주 사용된다.

 

블루투스 페어링

블루투스에서는 두 장치를 연결하기 위해 보통 페어링(pairing) 과정을 거친다.

 

페어링은 두 장치가 서로를 인식하고 연결을 허용하는 과정이다.

 

페어링이 완료되면 두 장치는 서로를 기억한다.

그래서 다음부터는 이어폰을 켜면 자동으로 스마트폰에 연결되는 경우가 많다.

 

LTE

LTE(Long Term Evolution)는 4세대 이동통신 기술이다.

스마트폰이 Wi-Fi에 연결되어 있지 않아도 인터넷을 사용할 수 있는 이유는 LTE 같은 이동통신망이 있기 때문이다.

 

LTE는 통신사 기지국을 통해 스마트폰을 인터넷에 연결한다.

 

Wi-Fi는 공유기 근처에서 사용하지만, LTE는 통신사의 기지국이 있는 넓은 지역에서 사용할 수 있다.

 

그래서 이동 중에도 인터넷을 사용할 수 있다.

 

5G

5G는 5세대 이동통신 기술이다.

LTE보다 더 빠른 속도, 더 낮은 지연 시간, 더 많은 기기 연결을 목표로 한다.

5G는 스마트폰 인터넷뿐만 아니라 자율주행, 스마트팩토리, IoT, AR/VR 같은 분야에서도 활용될 수 있다.

 

여기서 지연 시간은 데이터를 보내고 응답을 받기까지 걸리는 시간을 의미한다.

지연 시간이 낮을수록 실시간성이 좋아진다.

 

예를 들어 온라인 게임, 원격 제어, 자율주행처럼 빠른 반응이 중요한 서비스에서는 낮은 지연 시간이 중요하다.