네트워크 보안 1주차 정리 (정보통신)

- 출석: 20%

- 중간: 40%

- 기말: 40%

정보전송 방식과 기술

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정보통신

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정보통신 기술 (ICT)

- 정보 처리 기술(IT: Information Technology) + 통신 기술(CT: Communication Technology)

 

- 여러 단말 장치를 통신망에 접속하여 데이터를 전송, 처리하는 통신 체계

 

- 좁은 의미로 데이터 통신

시스템 구성

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정보 처리 기술

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컴퓨팅 장치를 이용하여 데이터(Data)를 의미 있는 정보(Information)로 변환
또는, 데이터를 지식(Knowledge) 또는 지능(Intelligence) 으로 변환

 

용어:

데이터(Data)
• 현실세계를 단순히 관찰, 측정하여 수집하거나 생산한 사실이나 측정치

 

정보(Information)
• 데이터를 가공하거나 변환하여 얻은 결과물
• 유효하게 해석하거나 데이터의 상호 관계 등 의사결정을 하는 데 도움이 되는 가치 있는 데이터

 

지식(Knowledge) 또는 지능(Intelligence)
• 지식/지능은 교육과 학습 등을 통해 사람이 재활용할 수 있는 정보와 기술 등

컴퓨터

- 방대한 양의 데이터를 신속하고 정확하게 처리하고 분석하여 사용자에게 유용한 결과를 제공

- 데이터 처리 시스템

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정보전송 시스템

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정보전송 시스템

- 모든 단말의 정보(데이터, 음성, 동영상 등)는 디지털방식의 전기적(또는 전파, 광 등) 신호로 전달

 

- 전기적 신호를 생성하거나 원래의 정보로 변환하기 위한 변/복조 작업이 정보전송 전/후에 이루어짐

- 데이터의 변조, 신호의 복조 그리고 신호 전달을 위한 다양한 장치들이 필요

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단말장치 (DTE) - Data Terminal Equipment *

- 사용자와 인터페이스를 이루는 종단 장치(End Device / Terminal)
- 일반적으로 디지털 신호를 처리하는 시스템(예: 컴퓨터, 라우터, 스마트폰 등)
- 원격의 종단장치와 통신을 위해서는 별도의 DCE(Data Circuit-terminal Equipment) * 장치가 필요

신호변환장치(DCE) - Data Circuit-terminal Equipment *

- 네트워크를 연결하는 물리적인 수단을 관리 및 처리
- 데이터에 대한 부호 또는 변조 후 전송회선(전송로)용 신호 생성
- 전송로를 통해 수신된 신호에 대한 복호 또는 복조를 수행(예: 모뎀(MODEM))

통신제어장치(CCU) - Communication Control Unit *

- 데이터 전송 제어 기능을 수행
- 데이터 전송계와 처리계의 사이(단순한 1:1통신일 경우 생략이 가능)
- 접속, 통신 방식, 경로 설정, 다중 접속 제어를 수행

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전송 기술

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통신회선 개수에 따른 분류

- 물리 매체(전송회선)가 전송 장치(모뎀 등)에 연결된 통신회선의 개수에 따라 분류

 

2선식 또는 4선식

• 2선식(2W, 2Wires)
– 신호선과 공통 접지선의 2개로 구성
– 양방향 통신에서 위/아래로 전송할 때 동일한 전송로를 사용

• 4선식(4W, 4Wires)
– 신호선과 공통 접지선의 4개로 구성
– 양방향 통신에서 위/아래로 전송할 때 별도의 전송로를 사용

접속 방식에 따른 종류

- 점-대-점 회선 방식 (Point-to-Point Line)
- 다지점 회선 방식(Multipoint Line)
- 집선 회선 방식(Line Concentration)
- 회선 다중 방식(Line Multiplexing)

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점-대-점 회선 방식 (Point-to-Point Line)

- 컴퓨터 시스템과 단말기를 전용회선으로 연결

 

- 주로 고속 처리에 이용

 

- 장점: 빠른 응답
- 단점: 회선 구축에 많은 비용이 듦

 

- 예: 
• 컴퓨터와 주변기기(예: 키보드, 마우스)의 관계
• 구 전화회선

다지점 회선 방식(Multipoint / Multidrop Line)

컴퓨터 시스템에 연결된 전송회선 1개에 단말기를 여러 대 연결

예: USB허브를 통한 주변 장치 연결

 

폴링/선택 vs 경쟁

 

폴링(Polling)
• 단말기에서 컴퓨터로 데이터를 전송할 때 사용
• 컴퓨터 감시 프로그램에서 신호를 보내 송신할 데이터가 있는지 주기적으로 검사

 

선택(Selection)
• 컴퓨터에서 특정 단말기를 지정하여 데이터를 전송할 때 주로 이용
• 일반적으로 특정 단말기를 지정하는 제어 문자를 데이터 앞에 포함시켜 전송
• 경제적, 짧은 시간 동안 회선을 운영하므로 주로 조회 처리할 때 사용

 

경쟁(Contention)
• 단말 장치가 서로 경쟁하면서 회선에 접근하는 방법
• 가장 간단하지만 효율적이지 않음

집선 회선 방식(Line Concentration)

- 일정한 지역 내에 있는 중심 부분에 집선장치를 설치한 후 단말기를 여러 대 연결하는 방식
- 집선장치는 단말기에서 저속으로 전송되는 데이터를 모아 컴퓨터에 고속으로 전송하는 역할을 함
- 통신회선을 효율적으로 사용 하며, 단말기의 회선 사용률이 낮을 때 적합

 

시나리오 예: 서울의 A와 부산의 B 간 전화 통화

회선 다중 방식(Line Multiplexing)

- 일정한 지역에 있는 단말기 여러 대를 그 지역의 중심 부분에 설치된 다중화 장치에 연결

- 다중화 장치와 컴퓨터 사이는 대용량 회선으로 연결
- 회선 사용률이 비교적 높은 단말기에서 데이터를 송수신할 때도 적용 가능

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교환 방식

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종류

회선 교환 방식(Circuit Switched Network)

• 단말 장치간 물리적인 통신회선이 연결되는 구조
• (물리적) 연결지향형 통신(Connected-Oriented Communication)
• 연결 후 전용회선이 할당됨
• 예: 구 전화망, FAX

축적 교환 방식(Store and Forward Switched Network)

• 교환기를 이용하며, 정보를 메시지(message)나 패킷(packet)단위로 저장하고 전송
• 전용선이 불필요하지만 헤더(송신지/목적지 주소, 에러제어 등)가 필요
• 중간 장치에 충분한 기억장소와 처리기(processor)가 필요
• 헤더정보 및 재전송 등에 따른 대역폭 낭비 존재

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회신 이용방식

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방향성

- 단방향(단일) 방식(Simplex)
- 반이중 방식(Half Duplex)
- 전이중 방식(Full Duplex)

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단방향(단일) 방식(Simplex)

- 데이터를 한쪽 방향으로만 전송 가능
- 단말기에서 컴퓨터 방향으로 또는 그 반대로만 데이터를 전송

 

예: 라디오 방송, 공중파 TV 방송, GPS, 무선호출기 키보드, 마우스, 모니터 등

반이중 방식(Half Duplex)

- 양방향데이터 전송이 가능
- 시간을 나누어 지정된 시간에는 한 방향으로만 데이터를 전송
- 동시에 양방향으로는 전송 불가

 

예: 무전기(워키토키)

전이중 방식(Full Duplex)

- 데이터를 동시에 양방향으로 전송이 가능
- 다수의 채널을 활용
- 시간을 세분화하여 쪼갬(반이중 방식의 고속화)

• 현재 반이중과 전이중 전송방식은 논리적으로만 서로 구분

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망 구성 방식

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통신회선망

통신회선(Wire) + 망(Network) 
• 단말기를 컴퓨터(데이터 처리계)와 서로 결합한 형태

 

단말기 및 컴퓨터들을 망에서는 노드(node)로 부름

토폴로지(Topology) : 노드간의 연결 구조

 

분류
- Tree
- Bus
- Star
- Mesh

통신회선망의 구성 방식

Tree

• 노드(단말)를 계층화하여 망을 구성
• 각 노드들에 대하여 계층화된 주소체계를 갖고 있으면, 노드의 탐색이 쉬워 짐

 

• 장점:
– 네트워크 관리가 쉽고 확장이 편리
– 네트워크의 신뢰도가 높음

• 단점:
– 상위 계층의 노드로 갈 수록 전송데이터가 밀집됨
– 상위 계층의 노드의 고장은 하위 계층의 노드들에 영향을 줌

Bus (Multidrop)

• 하나의 통신회선을 모든 노드들이 공유
• 끝 단에 신호 반사를 막기 위해 터미네이터(Terminator)를 사용

 

• 장점:
– 구조가 간단
– 비용절감
– 쉬운 노드 추가

 

• 단점: 
– 회선의 고장은 네트워크 전체에 영향을 줌
– 병목현상 발생 가능성이 큼

Star (성형)

• 하나의 중앙 분리기를 중심으로 다른 노드들이 연결
• 중앙 분리기가 고장이 나면 전체에 영향이 있음
• LAN(Local Area Network)에서 가장 많이 사용하는 구조
– 중앙 분리기의 대표적인 예로 허브(hub), 스위치, 라우터 등이 있음

Mesh

• 주로 정보통신 네트워크에서 사용
– 인터넷에서 흔히 사용하는 구조

• 하나의 통신회선이 고장이 나더라도 다른 회선을 통해 통신이 가능
• 원활한 데이터 통신과 불필요한 데이터의 소거를 위해서는 적절한 라우팅 기법과 주소 체계가 필요함
• 회선의 교환은 라우터(router)에서 수행

장점:
• 다중화 회선을 통해 장애 발생에도 내성이 강함
• 많은 양의 데이터 송수신이 가능

 

단점:
• 고가의 네트워크 구축 비용
• 운영 비용이 비쌈

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데이터 전송 방식

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종류

- 직렬 전송
- 병렬 전송
- 비동기 전송
- 동기 전송

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직렬 전송

• 전송선로 1개를 이용하여 데이터를 순차적으로 전송하는 방식
• 대부분의 데이터 통신 시스템에서 사용 중
• 상대적으로 비용이 적게 듦
• 설치 방법이 간단해서 장거리 통신에 많이 사용
• 변환기와 버퍼(메모리)가 필요

병렬 전송

• 여러 개의 전송로(또는 채널)을 통해 한번에 기본 단위의 데이터를 전송하는 방식
• 빠른 데이터 전송이 가능
• 근거리 통신에 사용
• 시스템의 버스(FSB, BSB)에서 많이 사용
• 가격이 비쌈

비동기 전송

• 비정기적인 데이터 전송
• 송신할 데이터가 있을 때 전송
• 주로 이벤트 데이터 전송에 활용
• 예: 키보드 입력, 마우스 입력 등

동기 전송

• 정기적인 데이터 전송
• 시간을 분배하여 할당된 시간에 데이터를 전송
• 예: 모니터

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캐스팅 방식

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종류

- 유니캐스트
- 브로드캐스트
- 멀티캐스트
- 애니캐스트

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유니캐스트(Unicast)

- 송신노드 하나가 수신노드 하나에 데이터를 송신하는 방식
- 일-대-일(1:1) 통신에 사용
- TCP/IP의 클라이언트(Client)-서버(Server) 모델의 기반이 됨

브로드캐스트(Broadcast)

- 송신 노드 하나가 동일한 네트워크에 연결된 수신 가능한 모든 노드에 데이터를 전송하는 방식
- 동일한 네트워크의 영역은 라우터(router)에 의해 정의되고 데이터의 포워딩(forwarding)도 관리됨
- 컴퓨터 통신의 경우 불필요한 데이터 수신으로 인한 전체적 성능 저하를 발생시키는 요인이 됨
- 예: 아파트 안내방송

멀티캐스트(Multicast)

- 송신 노드가 하나 이상의 특정 수신 노드에 데이터를 전송하는 일-대-다 방식
- 브로드캐스트와는 다르게 라우터나 스위치에 의해서 해당 특정 노드들에게 데이터를 전달해 줌

애니캐스트(Anycast)

- 송신 노드가 네트워크에 연결된 수신 가능한 노드 중 특정 노드에만 데이터를 전송하는 방식으로

멀티캐스트 방식과 유사

- 멀티캐스트의 효율성을 극대화하여 가용성을 높이기 위한 캐스팅 방식
• 트래픽 전달 과정에 장애물 발생 시 백업이 가능

- 라우팅 기법에서 많이 사용

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부호화

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정보전송의 부호화(Encoding)

송신자와 수신자 사이 전송할 데이터에 대한 매체내 전달 신호로 변환

 

부호
• 정보를 1바이트의 2진수로 표현하는 것

 

부호 체계
• 문자는 대부분 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 규격을 많이 씀
• 기타 수는 각 수 체계 별 자료구조를 기반으로 비트로 표시

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변조/복조

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변조 방식

디지털 전송 방식

• 직류 전송 방식이라고도 함
• 아날로그나 디지털 정보를 부호기(Encoder)를 이용해 디지털 전송 신호로 변환해 전송
• 그 후 복호기(Decorder)를 이용해 다시 원래 정보로 변환

아날로그 전송 방식

• 교류 전송 방식이라고도 함
• 아날로그나 디지털 정보를 변조기(modulator)를 이용해 아날로그 전송 신호로 변환해 전송
• 그 후 복조기(demodulator)를 이용해 다시 원래 정보로 변환

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변조 방식 종류*

디지털 전송
• 통신회선에 디지털신호를 전송
• 디지털 - 디지털 : 베이스밴드(Baseband)
• 아날로그 - 디지털 : 펄스 부호 변조(PCM: Pulse Code Modulation)

아날로그 전송
• 통신회선에 아날로그 신호를 전송
• 디지털 - 아날로그 : 브로드밴드 대역 전송
• 아날로그 - 아날로그 : 아날로그 변조

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베이스밴드(Baseband)

단극성(Uni-polar)
• 방식 신호를 동일한 부호의 전압(양이나 음)으로 부호화하여 표현

극성 방식(Polar)
• 0을 –전압값에, 1을 +전압값에 대응하는 것
• 복류 방식이라고 함

양극성 방식(Bi-polar)
• 신호를 부호화할 때 양과 음의 전압을 모두 사용
• 1을 연속으로 보낼 때, +, - 전압값을 교차로 사용
 
※ 동일 값(0 또는 1)을 연속으로 전송할 때, 데이터 소실 가능성이 있음

NRZ(Non-Return to Zero) 방식
• 0과 1을 전압으로 표시한 후 다시 0V로 되돌아오지 않는 방식
- 극성 방식의 역관계( = −)
• 컴퓨터 주변 기기간 통신 방식으로 많이 사용

 

RZ(Return to Zero) 방식
• 하나의 비트를 전송할 때 비트 시간 길이의 약 1/2은 양이나 음의 전압을 유지하고, 

그 나머지 시간은 0 상태로 되돌아오는 방식
• NRZ 방식보다 변조율이 2배 더 높으나, 맨체스터대비 약하여 잘 사용하진 않음

 

2단계 방식 또는 맨체스터(Manchester) 방식 *
• 0은 전압이 낮은 곳에서 높은 곳으로 변환 = 0 : 상승
• 1은 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 변환 = 1 : 하강
• RZ와 NRZ방식의 단점을 보완한 방식

펄스 부호 변조(PCM: Pulse Code Modulation) *

- 표본화, 양자화, 부호화하는 과정을 거쳐 디지털 신호(펄스 부호)로 변환
- 복호화, 여과기(필터링)를 거처 다시 아날로그 정보로 복원
- PCM의 특징으로 고유의 잡음이 발생
• 표본화 주기가 짧으면 본래의 데이터에 가까워지나, 데이터의 량이 많아짐

 

- S/N(Signal to Noise)비가 좋음
- 현대 무선통신에 주로 사용

브로드밴드 대역 전송

- 송신 측에서는 직류 신호를 교류 신호로 변환하여 데이터를 전송
- 수신 측에서는 교류 신호를 직류 신호로 변환하여 데이터를 복원
- 전화망을 이용하여 컴퓨터 통신할 때 사용하는 모뎀의 신호변환이 대표적인 예

반송파

- 사용하는 대역 내의 주파수
- 반송파의 일반식 표현

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아날로그 전송

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종류

- ASK (Amplitude Shift Keying, 진폭 편이 변조)
- FSK (Frequency Shift Keying, 주파수 편이 변조)
- PSK (Phase Shift Keying, 위상 편이 변조)
- QAM (Quadrature Amplitude Modulation, 진폭 위상 변조, 직교 위상 변조)

브로드밴드 대역 전송

진폭 편이 변조(ASK: Amplitude Shift Keying)
• 0또는 1에 대하여 반송파의 진폭을 변화
• (S) 회로구성이 간단
• (S) 가격이 저렴
• (W) 다른 변조 방식보다 오류가 많음
• (W) 전송 효율이 떨어짐
• (W) 잡음이나 신호의 변화에 약함
• ∴ 사용률이 낮음

주파수 편이 변조(FSK: Frequency Swift Keying)
• 반송파의 주파수를 변화
• 0 : 낮은 주파수, 1 : 높은 주파수
• (s) ASK에 비해 잡음에 강함
• (s) 회로가 단순

ASK

- Amplitude Shift Keying : 진폭 편이 변조
- 아날로그 신호 전송
- 0과 1을 진폭의 크기로 구분하여 전송하는 방식

브로드밴드 대역 전송

위상 편이 변조(PSK: Phase Shift Keying)

• 반송파의 위상을 변경

진폭 위상 편이 변조
• 진폭 편이 변조 방식(ASK)과 위상 편이 변조 방식(PSK)을 혼합
• 고속의 데이터를 전송이 가능
• 변조회로가 복잡
• 유사 방식
– 직교 위상 편이 변조(QPSK)
– 직교 진폭 변조(QAM) 방식이 있음

FSK

- Frequency Shift Keying : 주파수 편이 변조
- 아날로그 신호 전송
- 0과 1을 주파수의 크기로 구분하여 전송하는 방식

PSK

- Phase Shift Keying : 위상 편이 변조
- 아날로그 신호 전송
- 0과 1을 위상을 달리하여 전송하는 방식
- 4위상(4진) PSK: 00 - 0, 01 - 90, 10 - 180, 11 - 270
- 8위상(8진) PSK: 000 - 45, 001 - 90, 010 - 135,

QAM

- Quadrature Amplitude Modulation : 진폭 위상 변조, 직교 위상 변조
- PSK와 진폭위상을 합성한 방식
- 예: 2진 8위상 변조 - 펄스당 16개 값(4비트)로 구분