네트워크 보안 2주차 정리 (다중화, 통신 프로토콜, OSI 7계층)

다중화 기술

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다중화

다중화 = Multiplexing, 다중화기=MUX(MUltipleXer)

 

하나의 통신로를 여러 가입자가 동시에 이용하여 통신

전송로 하나에 여러 개의 데이터를 같이 보냄 = 고속전송이 가능
전송로의 이용 효율이 매우 높음

 

경제적임
- 통신선로 비용 및 공사비 절감
- 유지보수가 용이

종류

- 주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)
- 시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)
- 코드 분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing)
- 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)

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주파수 분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)

- 하나의 전송로 대역폭을 작은 대역폭(채널) 여러 개로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용할 수 있게 하는 방식
- 별도의 주파수 채널을 설정해 이용
- 채널 간에 상호 간섭을 막으려면 보호 대역이 필요(guard)
- 구조가 간단 = 저비용
- 사용자가 추가하기 용이

시분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)

- 전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눠서(시간 분할) 사용
- 상호 간섭을 방지하기 위하여 사용되는 가드 시간 간격을 추가
- 점대점 통신시스템에서 많이 사용하는 방식 중 하나
- 내부에 버퍼 기억 장치가 필요

동기식 시분할 다중화
• 모두 동일한 시간 간격으로 분할하는 방식

비동기식 시분할 다중화
• 전송 요구가 있는 채널에만 시간 슬롯을 동적으로 할당하여 전송 효율을 높임
• 똑같은 시간에 많은 양의 데이터 전송가능
• 동기식 대비 슬롯 할당을 위한 별도의 슬롯 필요
• 동기식 대비 상대적으로 가격이 비쌈

코드 분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing)

- 스펙트럼 확산 다중화라고도 함
- 전송신호를 위한 별도의 암호화 기술이 적용

직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)

- 고속의 송신 신호를 수백 개 이상의 직교하는 협대역(narrowband) 반송파로 변조하는 방식
- 주파수 축과 시간 축을 영역으로 2차원 좌표평면 개념을 활용
- 주변의 반송파 간 시간상으로 직교성을 유지

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성능 추출

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데이터와 신호

데이터 - (변조) - 신호 - (복조) - 데이터

 

신호(Signal)
- 데이터를 전기적(또는 전자적)으로 변환(인코딩)한 형태
- 시그널링(Signaling): 신호를 전송 매체를 통해 전파하는 행위(action)

 

주기(period)와 주파수(frequency)

주기 : 신호가 한 사이클을 완성하는데 필요한 시간(duration)
주파수 : 1초당 신호가 반복되는 수(단위: Hz)

스펙트럼과 대역폭

스펙트럼(Spectrum)
- 신호가 포함하는 모든 주파수들의 모임
- (프리즘을 상상하면 됨)

대역폭(Bandwidth)

데이터 전송속도

단위시간(1초)동안 전달되는 신호(비트)의 개수
표시 단위: bit/sec 또는 bps

데이터 효율

목적데이터(SDU: Service Data Unit)를 전송하는데 필요한 총 비트(또는 바이트) 수의 비율
효율이 높을수록 동일 회선상 더 많은 데이터 전송이 가능

데이터 전송 속도

데이터 신호(비트) 속도 : bps - 1초 동안 전송된 비트의 개수

 

변조 속도 : Baud
- 단위 시간(초)당 펄스의 개수
- 초당 신호의 변화 상태
- 변조 속도의 기본 단위

샤논(Shannon)의 법칙

- 잡음이 있는 채널에서 전송 속도와 주파수와의 관계를 증명
- 전송 속도는 그 주파수의 대역폭과 신호 대 잡음비(S/N : Signal to Noise) 에 의해 결정

 

 전송 속도 및 용량(C: Capacity)은
- 주파수 대역(W) 상승 또는 신호의 크기(S)이 높아지면 향상
- 잡음의 크기(N)가 낮아지면 향상

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통신 프로토콜

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통신 프로토콜의 개념

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통신 및 필요 배경

- Communication
- 개인-개인, 개인-다수, 다수-개인, 단체-단체 등 모든 분야에서 의사를 전달하는데 사용
- 모든 주고 받는 대화에는 일반적으로 송신자, 수신자 그리고 메시지(대화 내용)가 포함

 

대화 불가 상태(통신 불가)
• 언어가 서로 다를 경우
• 한 사람의 듣는 상태 고려 없이 일방적인 대화
• 두 대화자 간에 방해되는 장애물(노이즈)이 있을 때

 

컴퓨터의 통신

- 네트워크가 필요
- 전달되는 데이터는 최종적으로 0과1로 구성
- 통신 거리에 따라 종단(DTE)사이에 다양한 장치들로 구성될 수 있음
- 데이터의 정상적인 전송 및 처리를 위해서는 서로간 약속(규칙)이 필요

통신 프로토콜

- 네트워크를 구성하는 객체간 데이터를 주고 받기 위해 미리 약속한 전송(통신) 규약(규칙)을 의미
- 정보통신에서 통신을 통제하는 규칙들을 규정

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프로토콜의 기본요소 *

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기본요소

구문 : 데이터의 형식, 부호화(신호 방식 및 정의 포함) 등을 포함하여 노드(node) 간 데이터의 내용을 구분(parsing)하기 위한 문장의 구조를 정의

 

의미 : 구문에 의해 분석된 데이터(토큰, token)를 기반으로 행동(action)을 취하기 위한 방법(how)

 

타이밍 : 메시지의 송/수신을 위한 서로간의 시간적인 약속을 의미

기본요소 : 구문(Syntax)

데이터의 형식, 부호화(신호 방식 및 정의) 등을 포함

 

노드(node) 간 데이터의 내용을 구분(parsing)하기 위한 문장의 구조를 정의

 

사람의 언어: 문법에 해당
• 한국어: 주어 + 목적어 + 술어
• 영어: 주어 + 동사 + 목적어

 

프로그래밍의 예를 들자면 문법에 해당
C언어 예: 
• 명령 구분 문자 : “ “(공백문자), “;”, “,”(쉼표) 등
• 영역 표현: “{“, “}”, “(“, “)” 등

 

기본요소 : 의미(Semantics)

구문에 의해 분석된 데이터(토큰, token)를 기반으로 행동(action)을 취하기 위한 방법(how)

 

사람의 언어: 단어에 해당
단어의 뜻(의미)를 통해 내용을 이해하거나 행동 수행

 

C 언어 예:
• for, while, do-while : 반복 처리
• “+” : 덧셈

 

기본요소 : Timing

메시지의 송/수신을 위한 서로간의 시간적인 약속을 의미

 

사람의 언어: 말의 빠르기와 응답 예상시간

 

C 언어 예:
• 기능 수행을 위한 명령문들의 순차
• 특정 시간 내에 결과물이 오기를 기다리는 논리적인 루틴(routine) 등

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통신 프로토콜의 발전

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발전과 표준화 배경

- 1960년대부터 사용
- 처음에는 IBM에서 제정한 프로토콜인 BSC(Binary Synchronous Communication)와 SDLC(Synchronous Data Link Control)를 많이 사용
- 1976년 국제전신전화자문휘원회(CCITT)는 프로토콜을 하나로 통합 사용 권고
- 1983년 국제표준화기구(ISO)에서 OSI 참조 모델을 제정하여 발표
- 지금은 인터넷 기술이 발전하면서 TCP/IP를 많이 사용

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OSI 참조모델

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 ISO

- 1946년 설립
- 표준화 정의를 위한 국제위원회
- 다양한 분야(상품 및 서비스)에서 서로 호환되기 위한 표준을 정의
- 스위스 제네바에 본부를 둠
- CCITT: 국제 전신 전화 위원회(Consultative Committee for International Telephony & Telegraphy)
  = ISO의 전화관련 국제 자문 위원회

OSI 참조 모델

- OSI : Open System Interconnection
- 1960년대부터 데이터통신 개념 등장
- 1970년대 독립적인 네트워크 출현
- 서로 다른 시스템간 데이터 전송이 가능한 표준의 필요성 등장
- ISO(International Organization for Standardization)에서 데이터통신에 대한 모델을 규정(1983)
- 7개의 계층으로 이루어진 모델

 

개방형 시스템
- 서로 다른 컴퓨터 및 기타 단말기(스마트폰 포함), 데이터통신 네트워크와 또 다른 네트워크 시스템에 대해 OSI 참조모델을 적용
- MMI(Man Machine Interface), API(Application Programming Interface), 데이터베이스 인터페이스(SQL) 등이 다른 시스템에 대해서도 상호운용
- 이식이 가능한 경우 상호 데이터통신을 가능하게 함

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 OSI 7계층 프로토콜

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OSI 7계층 모델 *

OSI 7계층 상호 간의 데이터 전달 원리

최상위 계층(7계층 : 응용 계층)에서 발생한 데이터를 하위 계층으로 차례로 전달
- 각 계층에서 헤더 정보를 추가하여 하위 계층으로 전달

최하위 계층(1계층 : 물리 계층)에 도달
- 각 계층에서 헤더에 해당되는 부분을 벗긴 후 최상위 계층으로 순차적으로 전달

OSI 7계층의 주요 기능 *

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통신 프로토콜의 구조

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프로토콜의 계층화

- 미래의 변화에 유연하게 대처
- 통신을 제어하는 기능을 여러 계층에 분리
- 각 층마다 독립적으로 프로토콜 적용

모델화를 위한 네 가지 기본요소

응용 객체
• 상호 간의 정보를 교환하는 주체
• 응용 프로그램, 단말 장치의 운영자 등이 해당

개방형 시스템
• 응용 프로세서 간에 통신이 가능하도록 통신 기능을 제공
• 호스트 컴퓨터, 단말 장치, 통신 제어장치, 단말 제어장치 등

물리 매체
• 정보와 신호를 교환해 주는 전기적 매체
• 통신회선, 채널 등

접속 또는 연결
• 응용 객체 사이를 논리적으로 연결해 주는 통신회선

계층적 구조의 구성요소

계층(Layer)
• 개방형 시스템(Open System)을 위한 여러 부시스템(Sub-systems)이 논리적으로 구성되어 있는 것
• 부시스템은 계층화된 순서로 정의
• 개방형 시스템 : 표준을 기본으로 서로 다른 시스템 사이에서도 통신이 가능하도록 해주는 것

 

프로토콜(Protocol)
• 자신과 동일한 계층에서 주고받는 통신
• N-프로토콜 : N-객체 사이에서 일어나는 통신을 뜻함

 

인터페이스(Interface)
• 상위 계층과 하위 계층 사이를 연결해 주는 기능

 

객체(Entity)
• 시스템에서 각 계층의 일을 수행하는 기능 모듈의 실체

서비스 데이터 단위(SDU)
• Service Data Unit
• 상위계층으로 전달 되는 데이터 단위

 

프로토콜 데이터 단위(PDU)
• Protocol Data Unit
• 동일 프로토콜 계층간 사용되는 데이터 단위

 

프로토콜 제어 정보(PCI)
• Protocol Control Information
• PDU중 프로토콜의 제어를 위한 헤더(또는 테일) 부분

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프로토콜의 기능

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단편화(fragmentation)

- 송신 측에서 긴 데이터 블록을 전송할 수 있도록 작은 블록으로 나누어 전송
- 크기가 똑같은 작은 블록으로 나누어 전송

 

재합성(re-assembly)

- 수신 측에서 쪼개진 작은 데이터 블록을 재합성
- 원래의 메시지로 복원하는 기능

캡슐화(Encapsulation)

- 각 프로토콜에 적합한 데이터 블록을 만들려고 데이터에 정보를 추가하는 것
- 플래그, 주소, 제어 정보, 오류 검출 부호 등을 부착하는 기능

디캡슐화(Decapsulation)

- 헤더를 벗기는 과정

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기타 기능들

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연결 제어

• 비연결 데이터 전송과 연결 위주 데이터 전송을 위한 통신로를 개설·유지·종결하는 기능
• 예: TCP 접속 구조

흐름 제어

• 데이터양이나 통신속도 등이 수신 측의 처리 능력을 초과하지 않도록 조정하는 기능

오류 제어

• 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류나 착오 등을 검출하고 정정하는 기능

순서 결정

• 연결 위주의 데이터를 전송할 때 송신 측이 보내는 데이터 단위 순서대로 수신 측에 전달하는 기능

주소 설정

• 발생지, 목적지 등의 주소를 명기하여 데이터를 정확하게 전달하는 기능

동기화

• 두 통신 객체의 상태(시작, 종료, 준비 등)를 일치시키는 기능

 

다중화

• 하나의 통신로를 여러 개로 나눔
• 회선 여러 개를 하나의 통신로로 변환
• 다수의 가입자가 동시에 사용

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표준화

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표준

- 정보통신망과 정보통신 서비스 주체끼리 합의된 규약의 집합이 공통성, 호환성, 통일성과 같은 요건을 갖춰야 함

 

표준화(Normalization)

- 표준이 되는 규약의 집합을 정립하는 활동과 조직적인 행위
- 표준이나 기준(규격) 등을 만들어 사용함으로써 합리적인 활동을 조직적으로 행하는 것

- 대상: 품질, 형상, 치수, 성분, 시험 방법 등
- 예: 한국 공업 규격(KS: ㉿) 등

 

국제 표준화 기구 *

ISO(국제 표준화 기구)
• International Organization for Standardization
• 1947년 설립
• 전 세계적으로 통용되는 규격을 개발하여 표준으로 제공
• ISO 회원은 각국의 표준화 사업을 대표하는 기관으로 하나의 나라당 하나의 기관만 인정
• 회원국마다 표준 제정 단체 하나와 주요 기업이 참가
• 표준 명칭 형태: ISOnnnnn:yyyy:Title

 

ANSI(미국국립표준협회)
• American National Standards Institute
• 1918년에 민간이 창설한 비영리 국가 규격 제정기관
• 미국의 표준 제정은 물론 ISO 등 국제 표준화 활동에서 미국을 대표함

 

IEEE(전기전자공학자협회)
• Institute of Electrical and Electronics Engineers
• 1963년에 설립
• 전기전자공학 분야 최대의 국제적 전문가 단체
• 데이터 통신 부분에서 LAN 표준 등을 규정하는 조직으로 많은 주목을 받고 있음