무선 LAN 구조와 보안

유선 LAN은 케이블 등을, 무선 LAN은 전파를 매체로 사용한다. 무선은 전파가 닿는 범위에서 관찰·간섭이 가능하므로 접속 인증과 암호화가 중요하다. WPAN은 개인 주변 무선망, WLAN은 지역 무선망, WMAN은 도시권 무선망을 뜻한다.

1. WLAN의 기본 구성요소

STA(Station)

IEEE 802.11 무선 통신에 참여하는 장치다. 노트북, 스마트폰, AP 등도 802.11 관점에서는 station 기능을 가진다. 일반적인 학습 상황에서는 AP에 접속하는 무선 클라이언트를 STA라고 생각하면 이해하기 쉽다.

AP(Access Point)

무선 STA가 유선 Distribution System이나 다른 네트워크로 접속하도록 연결하는 지점이다. AP는 단순 “무선 신호 증폭기”가 아니라 WLAN의 접속·연결·보안 정책 적용 지점이 될 수 있다.

BSS(Basic Service Set)

하나의 기본 무선 서비스 집합이다. 일반적인 Infrastructure WLAN에서는 AP 하나와 그 AP에 연결된 STA들이 하나의 BSS를 이룬다.

ESS(Extended Service Set)

여러 BSS가 Distribution System을 통해 연결되어 하나의 확장된 무선 서비스처럼 동작하는 구조다. 예를 들어 건물 각 층의 AP가 같은 조직용 SSID를 제공하면서 백엔드 유선망에 연결되어 있다면 하나의 ESS로 구성할 수 있다.

Distribution System(DS)

여러 BSS 또는 AP를 연결하는 백엔드 전달 구조다. 실제 환경에서는 Ethernet 스위치 기반 유선 네트워크가 이 역할을 하는 경우가 많지만, DS의 개념을 특정 하나의 케이블이나 장비 이름과 동일시하지 않는다.

2. Infrastructure와 Ad Hoc 구조

Infrastructure BSS

STA가 AP를 중심으로 통신하는 가장 일반적인 WLAN 형태다.

STA A ─┐
STA B ─┼─ 무선 ─ AP ─ 유선 LAN/Router
STA C ─┘

기업·가정 Wi-Fi에서 흔히 사용하는 구조이며 인증·암호화·접근 정책을 AP 또는 WLAN 인프라에서 중앙 관리하기 쉽다.

Ad Hoc / IBSS

AP 없이 무선 장치끼리 직접 기본 서비스 집합을 구성하는 방식이다. 중앙 AP가 없다는 점이 핵심이다.

STA A ↔ STA B ↔ STA C

여기서 Ad Hoc과 P2P는 무조건 같은 용어가 아니다. Ad Hoc은 무선 접속 토폴로지를 설명하고, P2P는 참여 노드의 서비스 제공·소비 역할 구조를 설명한다.

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3. SSID와 BSSID를 구분한다

SSID(Service Set Identifier)

사용자가 Wi-Fi 목록에서 보는 무선 네트워크 이름이다. 예를 들어 CAMPUS-WIFI가 SSID일 수 있다.

같은 ESS의 여러 AP는 로밍을 위해 같은 SSID를 제공할 수 있다. 따라서 다음은 틀린 판단이다.

SSID가 같으면 같은 AP다.

SSID는 사람이 네트워크를 선택할 때 사용하는 서비스 이름에 가깝고, AP 한 대를 유일하게 식별하는 값으로 생각하면 안 된다.

BSSID(Basic Service Set Identifier)

BSS를 식별하는 값이다. Infrastructure BSS에서는 일반적으로 AP의 무선 인터페이스와 관련된 48비트 MAC 주소 형식의 식별자가 사용된다.

예를 들어 다음처럼 같은 SSID를 가진 AP가 서로 다른 BSSID를 사용할 수 있다.

SSID: CAMPUS-WIFI
AP 1 BSSID: 02:11:22:33:44:01
AP 2 BSSID: 02:11:22:33:44:02

보안 관점에서는 SSID 문자열 하나만 보고 접속 대상 AP를 신뢰해서는 안 된다. 공격자가 동일하거나 비슷한 SSID를 내세운 가짜 AP를 만들 수 있기 때문이다.

4. 802.11이 CSMA/CA를 사용하는 이유

무선 LAN에서는 여러 STA가 같은 채널을 공유할 수 있다. 두 장치가 동시에 전송하면 수신 측에서 충돌이나 간섭이 발생할 수 있다.

유선의 오래된 공유 Ethernet에서 사용한 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)를 WLAN에 그대로 적용하기 어려운 이유는 무선 송신 중 자신의 약한 수신 신호를 동시에 정확히 관찰해 충돌을 검출하기 어렵기 때문이다.

따라서 802.11의 경쟁 기반 접근에서는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)가 핵심이다.

대표적인 흐름은 다음과 같다.

1. 전송 전에 채널이 사용 중인지 감지한다.
2. 채널이 일정 시간 비어 있으면 즉시 또는 규칙에 따라 전송 기회를 준비한다.
3. 여러 장치가 동시에 전송하지 않도록 임의의 backoff 시간을 사용한다.
4. 수신자는 정상 수신을 확인하는 ACK를 보낼 수 있다.
5. ACK가 오지 않으면 충돌·간섭·손실 가능성을 고려해 재전송한다.

Hidden Node 문제

A와 C가 서로의 신호를 듣지 못하지만 둘 다 B(AP)에는 도달하는 상황을 생각한다.

A  ─────▶  B(AP)  ◀─────  C
A와 C는 서로 직접 감지하지 못함

A는 채널이 비었다고 판단하고, C도 동시에 비었다고 판단해 B로 전송할 수 있다. 이런 상황을 hidden node 문제라고 한다.

필요한 경우 RTS/CTS 절차를 이용해 전송 예약 정보를 공유하여 충돌 가능성을 줄일 수 있지만, 모든 WLAN 프레임이 항상 RTS/CTS를 사용하는 것은 아니다.

5. IEEE 802.11 계열의 시험 관점

802.11a/b/g/n/ac/ax 등은 사용 주파수·채널 폭·다중 안테나·효율 개선 방식이 다르다. 시험에서는 모든 세부 전송률을 외우기보다 다음을 구분한다.

• 2.4GHz: 도달 범위가 비교적 넓지만 간섭이 많다.
• 5GHz: 더 넓은 채널과 높은 성능을 활용하기 쉽지만 장애물 영향이 커질 수 있다.
• 802.11n 이후: MIMO 등으로 처리량과 효율을 높였다.

6. Bluetooth의 기본

Bluetooth는 근거리 개인 네트워크(WPAN)에 사용되는 무선 기술이다. 주변기기·웨어러블·IoT 연결에 많이 사용되며, Pairing과 인증·암호화 설정이 중요하다.

Piconet은 중앙 역할 장치와 주변 장치로 이루어진 작은 Bluetooth 네트워크이고, 여러 Piconet의 연결을 Scatternet이라 한다. 시험에서는 이 기본 구조와 함께 불필요한 검색 허용, 약한 Pairing, 구형 버전 사용이 위험 요소가 될 수 있음을 이해한다.

7. WEP: 현재 사용하면 안 되는 레거시 보호 방식

WEP(Wired Equivalent Privacy)는 초기 802.11의 기밀성 보호 방식이다.

대표 구조는 다음과 같다.

• RC4 스트림 암호 사용
• 40비트 또는 104비트 비밀 키와 24비트 IV(Initialization Vector)를 결합
• CRC-32 기반 ICV(Integrity Check Value) 사용

문제는 작은 IV 공간과 키 관리 구조, RC4 사용 방식, 무결성 보호의 약점 등으로 인해 반복 트래픽을 수집하면 보안성이 크게 약해진다는 것이다.

따라서 WEP는 역사적 출제 개념으로 이해하되 현재 안전한 무선 보호 방식으로 선택해서는 안 된다.

8. WPA: WEP에서 WPA2로 가는 과도기적 개선

WPA(Wi-Fi Protected Access)는 802.11i가 완전히 보급되기 전에 WEP의 약점을 보완하기 위해 도입된 전환기 보안 방식이다.

대표적으로 TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)을 사용한다.

• RC4 기반을 유지하면서 패킷별 키 혼합을 강화
• MIC(Message Integrity Check)를 추가
• 기존 WEP 하드웨어와의 호환성을 고려한 과도기적 대책

WPA/TKIP은 WEP보다 개선되었지만, 오늘날 새 무선망의 기본 보안으로 선택할 대상은 아니다. 시험에서는 WEP → WPA/TKIP → WPA2/AES-CCMP의 발전 관계를 구분하는 데 의미가 있다.

9. WPA2: AES-CCMP와 802.11i 기반의 강한 보호

WPA2는 IEEE 802.11i의 보안 기능을 Wi-Fi 상호운용 방식으로 구현한 세대다. 데이터 보호에서 대표적으로 AES-CCMP를 사용한다.

WPA2는 인증 방식에 따라 Personal과 Enterprise로 나누어 생각할 수 있다.

WPA2-Personal

가정·소규모 환경에서 흔히 사용하는 방식이다. 모든 사용자가 하나의 passphrase를 알고 있는 형태의 PSK(Pre-Shared Key) 구성이 대표적이다.

중요한 점은 사용자가 입력하는 비밀번호 문자열을 모든 데이터 프레임의 암호 키로 그대로 사용하는 것이 아니라는 것이다. PSK에서 얻은 키 재료와 AP/STA의 nonce·주소 정보 등을 이용하여 연결별 키를 파생하고, 4-Way Handshake를 통해 실제 데이터 보호에 사용할 키를 설치·확인한다.

약한 passphrase를 사용하면 공격자가 수집한 인증 교환 정보를 대상으로 사전 대입을 시도할 위험이 있으므로 충분히 긴 무작위성이 있는 비밀번호가 중요하다.

WPA2-Enterprise

사용자마다 별도의 자격증명·인증서를 적용해야 하는 조직 환경에 적합하다. 보통 IEEE 802.1X + EAP + RADIUS 구조를 사용한다.

10. WPA3의 기본

WPA3는 무선 보안을 강화한 규격이다. Personal 환경에서는 SAE를 사용하여 공유 비밀번호 기반 인증의 오프라인 추측 공격 저항성을 높이고, 관리 프레임 보호(PMF)를 강화한다.

세부 Handshake Message와 암호 Suite 조합은 심화로 두고, 시험에서는 WPA3가 WPA2보다 인증·관리 프레임 보호를 강화했다는 점을 기억한다.

11. 4-Way Handshake의 목적

WPA2·WPA3 환경의 4-Way Handshake는 이미 공유된 기본 키 재료를 바탕으로 실제 통신에 사용할 Session Key를 확인·설정하는 절차다. AP와 Station이 동일한 키 재료를 보유했는지 확인하고, Replay 방지용 값과 Group Key 등을 전달한다.

세부 Message별 필드는 심화이며, 인증 이후 실제 Frame 보호 키를 설정하는 과정이라는 점이 핵심이다.

12. 무선에서 자주 발생하는 대표 위협과 대응 원칙

이 단원에서는 공격 실행 절차보다 정상 무선 구조에서 무엇이 깨지는가를 중심으로 본다.

도청(Eavesdropping)

Open Wi-Fi처럼 링크 암호화가 없으면 전파를 수신할 수 있는 제3자가 프레임을 관찰하기 쉽다.

대응:

• WPA2/AES-CCMP 이상, 가능하면 WPA3 사용
• 민감한 응용 통신은 TLS 같은 종단 간 암호화도 함께 사용
• 불필요한 Open WLAN 사용 제한

Rogue AP와 Evil Twin

허가되지 않은 AP가 내부 네트워크에 연결되거나, 공격자가 정상 SSID와 동일·유사한 이름의 가짜 AP를 제공할 수 있다.

대응:

• SSID 문자열만 보고 신뢰하지 않음
• Enterprise 환경에서 서버 인증서를 검증하는 802.1X/EAP 구성
• 조직의 허가 AP 목록과 무선 모니터링
• 사용자에게 자동 연결 정책을 무분별하게 허용하지 않음

약한 공유 비밀번호

짧고 예측 가능한 WPA2-Personal passphrase는 인증 교환을 수집한 뒤 추측 공격의 대상이 될 수 있다.

대응:

• 충분히 길고 추측하기 어려운 passphrase 사용
• 사용자별 인증이 필요한 조직은 Enterprise 방식 고려
• 지원 환경에서는 WPA3-Personal(SAE) 사용

Deauthentication·Disassociation 위조

보호되지 않는 관리 프레임을 위조해 정상 사용자의 연결을 끊으려는 위협이 있다.

대응:

• PMF 지원·활성화
• WPA3에서는 PMF 요구사항 활용

Jamming

공격자가 같은 주파수 대역에 강한 간섭을 발생시키면 정상 프레임 전달 자체가 방해될 수 있다.

대응:

• 채널·주파수 환경 모니터링
• AP 위치와 채널 설계 개선
• 업무 중요도에 따라 유선 백업 경로 등 가용성 대책 마련

암호화를 강화한다고 jamming이 없어지는 것은 아니다. 기밀성 보호와 무선 가용성 보호는 서로 다른 문제다.