계층 구조 (LLC·MAC·PHY)¶

규격 · 개정판

802.11-2024 Clause 4 (참조 모델), Clause 5 (MAC 서비스), Clause 6 (계층 관리: MLME·PLME·SME), Clause 8 (PHY 서비스) · IEEE 802.2 (LLC), RFC 1042 (SNAP 캡슐화)

한눈에 보기

IEEE 802.11은 OSI 7계층 중 **2계층 아래쪽(MAC)과 1계층(PHY)**만 정의합니다. 그 위의 IP·TCP·앱은 이더넷과 똑같이 동작합니다. 그래서 노트북 입장에서 Wi-Fi는 "선 없는 이더넷"처럼 보입니다.

PHY: 비트를 전파로 바꿔 보냄. 변조, 부호화, OFDM, 프리앰블
MAC: 누가 언제 보낼지(채널 접근), 주소, 재전송, 집성, 암호화, 전력 절약
관리 기능(MLME): 스캔, 인증, 결합, 측정, 로밍 결정 보조

셀룰러와 비교하면 MAC 하나가 LTE의 MAC·RLC·PDCP 일부(재전송, 암호화)와 RRC 일부(연결 관리)를 한꺼번에 맡는 셈입니다.

참조 모델¶

flowchart TB
    subgraph Data["데이터 평면"]
      direction TB
      L3["IP / ARP"] --> LLC["LLC + SNAP<br/>(EtherType 담기)"]
      LLC --> MAC["MAC 부계층<br/>MSDU → MPDU"]
      MAC --> PHY["PHY<br/>PSDU → PPDU"]
    end
    subgraph Mgmt["관리 평면"]
      direction TB
      SME["SME<br/>(OS 연결 관리자·wpa_supplicant)"]
      MLME["MLME"]
      PLME["PLME"]
    end
    SME --- MLME
    MLME --- PLME
    MLME -.MLME SAP.- MAC
    PLME -.PLME SAP.- PHY

계층	데이터 단위	주요 기능	이 핸드북
LLC	MSDU (IP 패킷 + LLC/SNAP 헤더)	상위 프로토콜 구분	—
MAC	MPDU, A-MSDU, A-MPDU	CSMA/CA, ACK·재전송, 집성, 암호화, 전력 절약	MAC
PHY	PSDU → PPDU	부호화·변조, 프리앰블, CCA	PHY
MLME / SME	관리 프레임	스캔·인증·결합·로밍·측정	접속과 관리

과거 표준은 PHY를 PLCP(수렴 부계층, 프리앰블·헤더 담당)와 PMD(실제 변조)로 나눴습니다. 802.11-2016부터 PLCP라는 이름은 사라지고 PHY로 합쳐 부르지만, 오래된 문서에는 "PLCP 헤더" 같은 표현이 남아 있습니다.

데이터 단위 변환¶

단위	정의	최대 크기 (대표값)
MSDU	MAC이 상위에서 받은 데이터	2304 옥텟 (이더넷 1500 + 헤더 여유)
A-MSDU	MSDU 여러 개를 하나의 MPDU 본문에 묶음	HT 3839/7935, VHT 이후 최대 11 454 옥텟(MPDU 길이 한도 안)
MPDU	MAC 헤더 + 본문 + FCS	VHT/HE 3895/7991/11 454 옥텟
A-MPDU	MPDU 여러 개를 PHY 하나에 묶음	HT 65 535, VHT 1 048 575 옥텟 (11ax/be는 더 큼)
PSDU	PHY가 받은 비트열 = (A-)MPDU
PPDU	프리앰블 + PSDU (+ 패킷 확장)	시간 한도: 대략 5.484 ms (L-SIG 길이 표현 한계)

이더넷 프레임과의 관계¶

AP는 이더넷 프레임을 802.11 프레임으로 바꿔 보냅니다.

이더넷	802.11 데이터 프레임
목적지 MAC, 출발지 MAC	Address 1–3 (방향에 따라 BSSID 포함)
EtherType (2옥텟)	본문 앞 LLC/SNAP 헤더 8옥텟 `AA AA 03 00 00 00` + EtherType
페이로드	본문
FCS	FCS (CRC-32, 802.11 헤더 기준으로 새로 계산)

전문가 노트 — SAP와 구현 위치

MLME 프리미티브. 표준의 MLME-SCAN.request, MLME-ASSOCIATE.confirm 같은 프리미티브는 구현 API가 아니라 계층 간 상호 작용의 추상 모델입니다. 그래도 Linux의 nl80211 명령(NL80211_CMD_TRIGGER_SCAN, NL80211_CMD_ASSOCIATE)이나 wpa_supplicant 상태 기계가 대체로 이 구조를 따릅니다.

SoftMAC vs FullMAC. MAC 기능을 호스트 드라이버(Linux mac80211)에서 처리하면 SoftMAC, 칩 펌웨어에서 처리하면 FullMAC입니다. 실제로는 그 중간이 많아서 ACK·Block Ack 타이밍(SIFS = 16 µs 안에 응답)처럼 시간에 민감한 기능은 항상 하드웨어·펌웨어가, 결합·인증 상태 기계는 호스트가 맡는 식입니다.

802.11 MAC과 이더넷 브리지. 802.11 BSS는 802.1D 브리지 관점에서 하나의 LAN 세그먼트로 동작하지만, non-AP STA는 기본적으로 3-주소 프레임만 쓰므로 자기 뒤의 다른 이더넷 기기를 투명하게 브리지할 수 없습니다(소스 주소가 STA 자신이어야 함). 이를 위해 4-주소 모드(WDS)나 MAC 주소 변환, 또는 EasyMesh 백홀 STA 같은 방식이 쓰입니다.