컴퓨터 네트워크의 역사, 종류 및 개념 정리

1)컴퓨터와 통신

 

(1) 컴퓨터 통신망의 출현과 역사

 

- SAGE(세이지) : 최초의 컴퓨터 네트워크 시스템. 대공방어 시스템.

- TSS : 최초의 시분할 시스템.

- ARPA Net : 최초의 패킷교환방식 시스템. TCP/IP프로토콜 사용.

* X.25 : 최초 표준 패킷교환 프로토콜.

- ALOHA : 최초의 무선 패킷교환방식 네트워크(프로토콜).

↳ Pure- : 동기화없음(응답신호(ACK) 없으면 한계횟수까지 재전송 반복) / Slotted- : 동기화(시분할)

 

컴퓨터 네트워크

 

(2) 컴퓨터(데이터, 정보) 통신망의 정의 : 물리전송매체를 통해 데이터를 단말기간에 송수신하는 작업.

 

* 효율성 평가기준 : 전달, 정확도, 적시성, 지터(불안정성)

* 정보통신의 목적 : 자원공유, 집중/분산처리, 신뢰성향상

* 구성 : DTE↔DCE <-(통신)-> DCE↔DTE

↳ DTE : 데이터단말장치. 데이터를 신호로 변환. 컴퓨터/스마트폰

DCE : 데이터전송(회선단말)장치. 모뎀/DSU/셋톱박스

* RS-232C : DTE-DCE 사이의 케이블.

 

(3) 정보의 전달형태 : 데이터, 정보(가공된 데이터), 지식(가공된 정보), 지혜(지식 활용능력)

 

* 데이터의 종류

	정형데이터	반정형데이터	비정형데이터
형태	고정된필드(릴레이션)	스키마, 메타데이터	없음
연산가능성	O	O	X
저장방식	RDB(관계형 DB)	파일	NoSQL(비관계형)
수집난이도	쉬움	보통	어려움(데이터마이닝 필요)
예	RDB, 스프레드시트 등	로그, HTML, XML 등	텍스트, 영상, 이미지, 음성 등

* 반정형/비정형 데이터는 정형화과정(파싱 등) 필요(필요(정형화애플리케이션 성능이 중요)

 

 

2) 정보통신망의 프로토콜

 

(1) 통신프로토콜 : 서로 다른 시스템(단말)에 있는 개체(프로그램) 사이의 통신을 위한 규약.

↳ 역할 : 메시지형식, 순서, 동작(방식) 정의.

주요기능 : 단편화(분할)/재결합, 캡슐화, 다중화, 연결/순서/흐름/오류제어

 

(2) 정보통신망의 구조 : TCP/IP 5 계층,계층, OSI 7 계층계층

계층	TCP/IP 5계층	OSI 7계층	역할	대표 프로토콜
5 ~ 7	응용	응용	사용자 인터페이스 제공	(VS)FTP, SNMP SMTP, POP3, IMAP4 MIME, HTTP, DNS
		표현	표현방식 통일(변환). 암호화. 압축
		세션	세션(=SVC, 일시가상회선)관리. 동기점(재동기) 다중화(多세션-1전송 or 1세션-多전송)
4	전송		Port번호 사용. 포트다중화. Segment단위. 오류/흐름/혼잡제어	TCP, UDP, SCTP,
3	네트워크		IP주소 사용. 패킷단위. 논리적 host-to-host. 라우팅(경로제어) 오류/흐름제어(by ICMP)	IP, ICMP, IGMP ARP, RARP, DHCP
2	데이터링크 (LLC + MAC)		MAC주소 사용. 프레임단위, 오류/흐름제어(신뢰성보장) 프레이밍(+프리엠블(비트동기), 순서번호 부여)	HDLC, LAPB X.25
1	물리(PHY)		전기신호규격/전송매체	V(아날로그)/X(디지털) RS-232C

* 단편화(상위->하위) / 재결합(하위->상위)

 

* 주소지정

① 물리주소(MAC주소) : 하드웨어(NIC=랜카드)에 저장. 데이터링크계층

② 논리주소(IP주소) : 네트워크계층.

③ 포트주소 : 통신시 프로세스 식별에 사용. 전송계층. WellKnown : FTP(20/21), 텔넷(23), DNS(53), HTTP(80)

 

 

* OSI 구조

 

(1) 데이터단위(Data Unit)

- PDU(Protocol-) : 송/송/수신자 간 동일계층에서의 데이터단위. 프레임(2계층프레임(2 계층), 패킷(3계층패킷(3 계층), 세그먼트(4계층)

- SDU(=페이로드. Service-) : 상/하위 계층 간의 데이터단위. 현재계층의 PDU = 아래계층의 SDU

 

 

(2) 계층별 상세설명

 

① 응용계층 : 하위계층 이용하여 사용자(응용) 인터페이스 제공.

 

* 메일 관련 프로토콜

 

- MTA(메시지전송에이전트) : 앞쪽으로 전송. SMTP(TCP사용).SMTP(TCP사용)

 

- MAA(메시지접근에이전트) : 메시지 가져옴.

↳ POP3(PostOffice-) : TCP사용 서버에서 수신 후 삭제(비동기화).

MIME(다목적이메일확장) : 멀티미디어전송(비트전송) 지원

이진(비트)데이터-(인코딩)->텍스트(바이트)데이터 후 전송.

IMAP4(이메일접근프로토콜) : 수신 후 삭제 안됨(=서버에도(= 유지. 동기화). 미리 보기 기능(모바일환경 유용)

cf) 웹기반메일 : HTTP서버 이용자는 HTTP로 전송과 수신(중간서버 간( 전송은 똑같이 SMTP 담당)

   

* 기타 프로토콜

 

- FTP(파일전송-) : TCP연결2개(20번포트(데이터)/21번포트(제어). 전송완료 후에 데이터연결해지/제어연결은 유지.

↳TFTP : 비연결형 FTP(UDP사용).

 

- HTTP(하이퍼텍스트전송-) : TCP연결1개(80번포트). 전송완료 후 연결해지(데이터 전송시마다 다시 연결). 프록시서버

↳ 작업 : get(자료요청), head(웹페이지메타데이터요청), put(웹페이지게시), post(수정/추가), delete(웹페이지삭제)등

↳ 프록시서버 : HTTP용 웹캐시. 자료요청시 먼저방문. 최근요청에 대한 자료를 보관.

 

- DNS(도메인이름시스템) : 요청된 도메인의 IP주소를 반환. 분산DB시스템(이름공간(트리형)). 루트노드(.) 53번포트.

도메인주소의 왼쪽->오른쪽방향은 트리의 하위->상위노드방향이다. ex) 도메인주소a.b.c.d도메인주소 a.b.c.d는 d밑의c밑의b밑의a의 IP

↳ DNS에IP요청 → 해석기(인터페이스)가 인접네임서버에 질의 → 없으면 각 네임서버가 상위로 재귀 요청 → IP반환

↳ 단순질의는 UD, 큰용량전송시에는 TCP사용.

↳ 네임서버 : 이름공간의 노드. 인증데이터와 존(자신과 자식노드)의 캐시데이터 관리.

 

- SNMP : 네트워크 관리. UDP사용.

 

- 텔넷 : 원격접속. 23번포트.

 

 

 

 

② 표현계층 : 표현방식 통일(추상문법->전송문법. ASN.1) 압축, 암호화

 

③ 세션계층 : 세션연결, 동기점을 설정하여 재동기(오류복구)

↳ 세션연결

- 다중세션연결 : 1:多(左그림). 세션별 이용시간이 짧을 경우..

- 단일세션연결 : 1:1(右그림). 대표서버가 1:1로 하위서버를 실행/연결시킴 ① 물리주소(MAC주소) : 하드웨어(NIC=랜카드)에 저장. 데이터링크계층

 

↳ 동기점 : 오류복구에 사용. 오류발생시 최근 부동기점으로 복구.

(완벽복구 안된 경우 그 이전 부동기점으로 복구(최대 주동기점까지))

- 액티비티(동작) : 논리적인 전송단위(파일 등). 여러 대화로 구성.

- 주동기점 : 해당위치까지는 정상전송되었음을 의미. 대화구분

- 부동기점 : 대화 내부의 작은 동기점.

- 대화 : 한 주동기점부터 다음 주동기점까지.

 

↳ 토큰(독점권리) : 데이터토큰(전송권리), 해제토큰(연결해제), 동기토큰/액티비티토큰(주/부동기점/액티비티 설정)

 

 

 

 

④ 전송계층 : end-to-end 연결(양쪽 프로세스 사이의 통신. 논리적연결).

* 오류제어 : 수신호스트로부터의 NAK(부정응답)이나 송신 측의 타임아웃 시시 재전송

↳ ARQ : 오류발생시 재전송방식. 정지-대기ARQ(정지-대기 ARQ(송수신 윈도크기1)

연속ARQ(선택적재전송(송-연속 ARQ(선택적 재전송(송-수신자 윈도크기 동일, 수신 측 조절)/GoBack-N(수신자는 1이면 충분)

 

* 흐름제어 : 수신호스트가 송신호스트에게 슬라이딩윈도의 크기를 통보해서 조절

 

* 혼잡제어 : 큐잉(스케줄링) / 초크패킷(혼잡경로(초크로표시) 지날 시 라우터가 송신자에게 피드백하여 송신량 줄임.)

↳ TCP의 혼잡제어

- 느린시작(지수증가느린 시작(지수증가) : 혼잡윈도 크기를 초기1초기 1부터 시작해 한계치까지 22의 제곱수로 늘려나감

- 혼잡회피(가산증가) : 혼잡감지시 지수적이 아닌 가산적으로 증가.

- 빠른재전송 : 같은 순서번호 응답을 중복 수신할 경우(혼잡시발생하는할경우( 현상), 즉시 손실패킷 먼저 재전송.

- 빠른회복 : 순서 상관없이 ACK들을 연속 수신할 경우,할경우, 혼잡이라 생각하지 않고 윈도크기를 빠르게 늘림.

↳ 주소표현 : 포트번호(=SAP(Service Access Point))

cf) 주소의 표현방식 : 구조적(도메인), 비구조적(IP주소)

↳ 멀티플렉싱(1포트-多가상회선멀티플렉싱(1 포트-多가상회선) 디멀티플렉싱(多포트-1가상회선)

 

 

TCP/UDP

	TCP	UDP
가상연결	연결형	비연결형
지원 캐스트방식	유니캐스트	유니/멀티/브로드캐스트
단편화방식	바이트스트림(의미상관안함)	메시지스트림(의미있는단위)
혼잡/흐름제어	O(지원)	X(지원안함)
상대적인 속도	느림	빠름(실시간용)
순서/신뢰성	O(보장)	X(보장안함)
이용	DNS, HTTP, FTP, BGP, e-mail(SMTP,POP,IMAP)	DNS, SNMP, DHCP, RIP, RTP(실시간), 멀티미디어
헤더크기	20~60 byte	8 byte

* TCP헤더 : 송/수신포트번호, 순서/응답번호, 헤더길이, 윈도우크기, 체크섬, 플래그, 긴급포인터

- 순서번호(시퀀스넘버) : 처음세그먼트에 임의번호부여, 이후 세그먼트는 처음세그먼트 순서번호 + 보낸 바이트수

- 응답번호 : 다음에 받기 희망하는 순서번호(피기배킹).(응답번호-1만큼은 정상수신했음을 의미)

- 플래그(6가지) : 긴급(즉시송신), ACK(응답), PSH(수신즉시푸시. 실시간용),수신즉시푸쉬.실시간용 SYN(연결), FIN(해제), RST(리셋)

cf) UDP헤더 : 송/수신포트번호, 전체크기, 체크섬(값이 0이면 체크섬작업 안 함)) 응용자체적인 순서번호기능 필요.

 

* TCP의 타이머 : 재전송(타임아웃)/영속(rwnd=0시 조사)/keep alive(장기미사용 시( 조사)/시간대기(연결종료대기)

 

* TCP의 패킷전송 : 송신버퍼(응답(ACK)대기패킷/송신대기패킷)/수신버퍼(송신버퍼(응답(ACK) 대기패킷/송신대기패킷)/수신버퍼(프로세스가 읽을 패킷)) 필요.

 

 

* 클라이언트-서버 연결 : TCP에서 3 way handshake사용. SYN는 연결요청플래그 1, ACK는 응답플래그 1.

- 기본전제 : 서버의 TCP가 패시브오픈(연결가능) 상태여야 함.

- 1단계 : 클라이언트가 서버에게 액티브오픈(연결요청전송)시도액티브오픈(연결요청전송) 시도. (Seq=x, SYN).

- 2단계 : 서버가 클라이언트에게 응답(ACK)과 서버의 순서번호(y)를 보냄(Seq=y, Ack=x+1, SYN, ACK)

- 3단계 : 클라이언트가 서버에게 응답(ACK) 전송. (Seq=x+1, Ack=y+1, ACK)

 

↳ 연결해제 : 점진적연결해제(점진적 연결해제(한쪽먼저 연결해제, 반대쪽도 연결해제 시 완전해제). FIN는 연결해제플래그 1.

(<-> 일방적연결해제(일방적 연결해제(한쪽이 연결해제 신청 시 연결해제))

- 1단계 : 클라이언트가 서버에게 연결해제요청 (Seq=x, Ack=y, FIN)

- 2단계 : 서버가 클라이언트에게 응답 및 서버도 연결해제 알림 (Seq=y, Ack=x+1, FIN, ACK)

- 3단계 : 클라이언트가 서버에게 응답 전송. (Seq=x+1, Ack=y+1, ACK)

* 서버가 클라이언트에게 송신할 데이터가 남아있을 경우 2단계에서 ACK로 응답만 하고데이터 전송이 끝난 후 서버가 클라이언트에게 연결해제(FIN) 알림.

cf) Seq=순서번호, Ack=기대순서번호

 

 

③ 네트워크계층

(1) 라우팅(경로설정)

* 라우터 : 라우팅(경로설정), 포워딩(라우터내부의 입출력포트 연결) 담당.

* 패킷교환망 라우팅(동적라우팅 by라우터)(동적라우팅by라우터)

- 필요정보 : 토폴로지, 트래픽부하, 링크비용(홉수(거리), 비용, 처리율 등)

↳ 토폴로지 : 메시(완전연결)/링(원)/스타(중앙집중)/버스(공유버스)/트리(관리/확장용이,병목발생)/팻트리(병목완화)

 

 

- 알고리즘

 

① 거리벡터 알고리즘 : 벨만포드알고리즘(최단경로). RIP(주기적업데이트, 최대 15홉, UDP). 거리(홉수)만 고려.

 

② 링크상태 알고리즘 : 플러딩 사용(변경발생 시만).(변경발생시만 링크상태DB가짐(링크상태 DB 가짐(전체경로 복사본). 다익스트라알고리즘(최소비용), OSPF 사용. * 플러딩 : input포트 제외한 나머지포트 전부에 복사해서 재전송.

	RIP	OSPF	BGP
전송대상	인접라우터	AS내 모든라우터(플러딩)	인접 AS
전송정보	15홉이하의 모든 라우터까지 거리(각자다름)	인접 라우터까지의 링크 비용(전체동일)	목적지까지의 경로
최단경로 알고리즘	벨만포드 알고리즘 (홉수만고려, 음수허용)	다익스트라 알고리즘 사용 (가중치 음수 허용안함)	-
라우팅 알고리즘	거리벡터 알고리즘	링크상태 알고리즘	경로벡터
AS 내/외부	내부(IGP)	내부(IGP)	외부(EGP)
전송(연결)방법	UDP사용	자체 IP패킷 사용.	TCP사용(신뢰성중요)

cf) 라우팅의 종류

- 정적라우팅(중간 경로변경 안됨) / 동적라우팅(=적응적. 혼잡감지등으로 인한 중간 경로변경 가능)

- 홍수라우팅(flooding. 연결된 모든경로모든 경로에 전달) / 랜덤라우팅(무작위 한 개 선택).

- 소스라우팅(도착지까지 경로를 패킷에 포함) / 계층적라우팅(AS(자치시스템. 서브넷)까지 경로를 패킷에 포함)

 

 

 

(2) IP프로토콜

 

* 헤더(20바이트) : 송/수신자 IP주소, 체크섬, TTL, 헤더/전체크기, 프로토콜, 세그먼트오프셋, 세그먼트식별자 등

 

* 주소지정

① IPv4 : 32bit. 8bit(옥텟)씩 4부분(‘.’4 부분(‘.’으로 구분). 10진수.(자리다진수.(자리당

=0~255까지 표현). 네트워크부 + 호스트부

클래스A	255.0.0.0 /8	0으로시작
클래스B	255.255.0.0 /16	10으로시작
클래스C	255.255.255.0 /24	110으로시작
클래스D	멀티캐스트용	1110으로시작
클래스E	예비용	1111로시작

- 서브넷마스크 : 네트워크부는 1, 호스트부(서브넷)은 0으로 표시(마스크).

- 네트워크 클래스

 

 

 

 

② IPv6 : 128bit. 16비트씩 8부분(‘:’8 부분(‘:’으로 구분). 16진수. 보안/이동성강화. 헤더단순화(확장가능), anycast추가.

 

 

 

(3) 그 외 프로토콜

 

* DHCP : 자동 동적 IP할당.IP할당. IPv4/IPv6모두 지원. 브로드캐스트. cf) 발전 : RARP->BOOTP(정적)->DHCP(동적)

↳ DHCP서버와의 통신 과정 : discover(IP할당요청)->offer(IP할당)->request(IP사용알림)->ack(확인)

 

* ARP(주소해석-) : 다음 노드의 IP주소를 입력받아 MAC주소 반환. 캐시테이블(IP주소,MAC주소,TTL) 유지.

↳ 서브넷 : 종단라우터에 속한 호스트들로 구성. / TTL : Time To Live(만료시간).

① 수신자가 같은 서브넷에 있을 때 : 테이블에 수신자 IP에 대한 매핑정보가 없으면

질의패킷을 브로드캐스트(FF-FF-FF-FF-FF-FF. 맥주소)(FF-FF-FF-FF-FF-FF.맥주소) → IP일치하는 수신자 ARP가ARP 응답패킷을 송신 측에 보냄.

② 수신자가 다른 서브넷에 위치할 때 : 서브넷의 라우터의 MAC주소 획득 후 전송.

 

* RARP(역 ARP)역 : MAC주소에 대한 IP주소 반환(브로드캐스트). 디스크가 없는 시스템의 부팅 시(저장소의( IP필요)사용.

 

* IGMP(-그룹관리-) : 서브넷의 멀티캐스트 그룹 관리. TV채널 등에 사용). join/leave/멤버쉽query/report

↳ IGMP스누핑(가입자게만 채널시청허용) / IGMP프록시(IGMP프락시(모든 채널에 대한 버퍼. 송수신자 간 딜레이처리)

 

* ICMP(-제어메시지-) : IP(네트워크)IP(네트워크) 계층의 오류제어/혼잡제어(피드백). echo요청/echo응답/도착불가/TTL만료 등.

↳ Ping : ICMP를 사용하여 상대의 작동여부와 응답시간 측정하는 응용프로그램.

↳ traceroute(경로추적) : ICMP를 사용하여 TTL값을 11부터 시작해 하나씩 늘려가며 경로를 알아내는 프로그램.

 

 

(4) 모바일 IP : 이동하는 호스트는 2가지 주소(홈어드레스(고유주소)와 CoA(Care of Address. 변경주소)를 가짐.

호스트가 이동시 매번 바뀐 포린에이전트(기지국)가 새로운 CoA를 부여하며 이를 홈에이전트에게 알림.

다른 호스트가 이동호스트에게 송신 시 홈어드레스로 보내며 이를 홈에이전트가 수신하여 포린에이전트에게 송신하고 다시 포린에이전트가 이동호스트에게 송신. 터널링(캡슐화. CoA용 IP헤더추가)

 

 

② 데이터링크계층 : MAC주소(48bit)사용.

 

* 오류검출(checksum) : 패리티 비트, 블록검사(2D패리티),

CRC(다항식. XOR로 나누기). 검사합(첨부된 보수값 더해서 0)

 

* HDLC : 비트지향. 오류제어(GoBack-N/선택적재전송), 피기배킹,

흐름제어(슬라이딩윈도우), 지국(주(1st)/부(2nd)/혼합국)

↳ 피기배킹 : 한 프레임에 정보와 응답이 포함됨.

 

* 지국 : 주국(1차국,명령만주국(1차 국, 명령만), 종국(2차국,응답만), 혼합국(명령/응답)

- 불균형 : 한쪽은 주국, 반대쪽은 종국들로 이루어짐. 1:多링크

- 대칭 : 양쪽에 주국+종국(세트)으로+종국(셋트) 구성된 불균형모드(논리적 균형). 회선 2개필요.

- 균형 : 양쪽이 모두 혼합국으로 이루어짐. 회선 1개필요1개 필요. 1:1링크

 

 

통신모드

 

- NRM(일반응답모드) : 종국의 전송(응답) 전(응답) 주국의 허가(동기)가 필요. 불균형.

- ARM(비동기응답모드) : 종국이 주국의 허가 없이(비동기)(비동기 전송(응답)전송(응답) 해야 하는 경우. 불균형. LAP

↳ LAP(링크접근절차) : 데이터링크 연결 시 사용

- ABM(비동기균형모드) : 상대 혼합국(균형)의 허가 없이(비동기)(비동기) 전송.

 

* HDLC 프레임 : 패킷에 MAC주소, 순서번호, 체크섬, 프리엠블(비트프레임. 01111110) 등 첨부

↳ 프리엠블 : 프레임의 시작과 끝 표시. 문자프레임/비트프레임(내부 동일문자/비트시 문자스터핑/비트스터핑 사용)

 

-주소필드 : NRM(1:多)NRM(1:多)의 경우 주국=종국의주소, 종국=자신주소

ABM(1:1) : 명령/응답 구분용

 

-프레임종류(제어(control) 필드로)

I(정보) 프레임: Seq(송신순서번호), Next(수신희망순서번호)

S(감독) 프레임: 응답전용프레임(Data응답전용프레임(Data 부 없음).

type(ACK(00)/NAK(01)/보내지마(10)/선택적재전송의NAK(11))

U(비번호) 프레임: 연결설정에 사용.

 

- P/F : Poll(주국이종국조사)/Final(종국이보낼데이터있음)

 

 

2. 근거리통신망(IEEE 802 LAN 표준)

 

* LAN에서의 데이터링크층 = LLC층(HDLC역할. MAC층을 상위층과 연결) + MAC층(여러 물리적 매체 연결 담당)

↳ LLC프레임(SDU)을 MAC계층프레임(PDU)이 캡슐화함

 

1) 매체접근제어(MAC계층. Media Access Control) : 주소지정시 MAC주소 사용.

 

(1) CSMA/CD(사용감지/충돌감지. 이더넷. 802.3)(사용감지/충돌감지.이더넷.802.3 : 버스/허브. 미사용 시 즉시전송(1-persistent). 충돌감지 시 재전송.

↳ 허브(스타형(논리적 버스형)) / 스위치허브(스타형. a, b, c, d장비가 연결되어 있을 때 (a, b), (c, d)동시전송이 가능)

↳ persistent : 충돌하지 않을 확률 의미. ∴1-(즉시전송) / non-(무조건대기시간 후전송) / p-((1-p) ×대기시간 후전송)

 

(2) 토큰버스(802.4) : 버스형(논리적 링(원) 형).(원)형 높은번호부터 순서대로 토큰(독점전송권한) 전달(기아해결).(독점전송권한)전달(기아해결). 단일프레임.

↳ 토큰링(802.5) : 링형. 물리적 연결된 이웃에게 토큰전달. 모니터사용(토큰관리). 프레임2종류(토큰/데이터)

↳ 모니터 : 내부 토큰개수 1개유지(1개 유지(없을 시 생성, 복수 시 제거), 토큰 22회 전시 삭제(모니터비트사용)하는 호스트.

↳ 예약비트에 예약한 가장 높은 우선순위의 호스트가 먼저 토큰사용(나머지 호스트는 패스)

 

(3) 무선랜(=와이파이.802.11무선랜(=와이파이. 802.11) : AP(Access Point.) 사용.사용. BSS(AP1개+무선기기들) / ESS(BSS들의 집합)

↳ CSMA/CA(사용감지/충돌회피) : 무선랜용. 남의 사용이 끝나면 잠시기다린후(IFS(프레임간갭잠시 기다린 후(IFS(프레임간갭). 충돌회피)전송.

↳ AdHoc(애드혹)네트워크 : AP없음. 무선기기 간 연결(테더링/블루투스). 동적토폴로지(∵연결/해지가 자유로움)

 

(4) 블루투스(802.15) : AdHoc. 주종연결. 피코넷(주(1)+종.최대8)/스캐터넷(피코넷집합(최대10). 피코넷의 주가 종이됨)

 

 

3. 정보보호

 

1) 개요

 

* 혼돈 : 문자자체를 변경. 치환방식 / 확산 : 평문의 내부를 특정규칙(행렬로 변환 등)으로 변경. 전치방식

(1) 암호 역사

① 고전암호 : 스키테일(봉사용.확산스키테일(봉사용. 확산), 시저(밀려쓰기.혼돈시저(밀려 쓰기. 혼돈), 폴리비오스(숫자좌표.혼돈/확산)

② 근대암호 : 에니그마(다중치환)(↔콜로서스가 해독))

③ 현대암호 : 디지털암호

④ 미래암호 : 양자암호(양자처럼 중간도청 시 암호자체가 변경됨(수신자는 접근여부를 알 수 있고, 사용불가상태 됨))

 

(2) 암호방식 :

① 대칭키(비밀키) : 암호화키=복호화키. 인원증가 시 암호키도 증가. 통신분야사용. 암호화속도(대칭키>비대칭키).

↳ 블록암호

- DES(데이터암호화표준) : 일정크기블록으로자름 → 각 블록의 반으로 나머지 반을 암호화/위치변경 반복

- AES(고급암호화표준) : 대체, 치환으로 데이터블록(바이트단위)데이터블록(바이트단위) 전체를 암호화.

↳ 스트림암호 : 일회용키(OTP등)사용. 비트단위로 XOR연산. 순차진행하며 반복.

 

② 비대칭키 : 암호화키(공개키)≠복호화키(개인키). 송신자는 수신자의 공개키를 사용해 암호화 후 수신자에게 전송.

↳ RSA : 소인수분해방식. 내용이 아닌 대칭키를 암호화할 때 사용. 전자서명등에 사용.

 

(3) 키분배프로토콜

① 케르베로스 : 대칭키방식. A가 B접근시 키분배센터(KDC)에게서 세션키(=일회용 대칭키)를 받는 것

↳ : A가 KDC로 인증받음. 이후 A가 B접근시마다 KDC에게 세션키 받음. 방화벽에 차단됨(UDP사용)

② 디피-헬만(DH) : 인증기관사용안함(별도인증필요). 값을 교환하여 비밀키생성.

② RSA : 비대칭키방식. 인증기관 없음(별도인증필요). 서로의 공개키를 교환/사용하여 비밀키(대칭키) 생성.(대칭키)생성.

 

 

4. 기타

 

1) 전송코드

 

* BCD코드(8421 코드)코드(8421코드 : 0~9표현 / ASCII : 7bit(패리티추가시 8bit) / EBCDIC : 8bit(피리티추가시 9bit)

 

* 가중치코드 : 84218421 코드 24212421 코드 등 / 비가중치코드 : 3초과코드, 그레이코드(아날로그-디지털 변환용) 등

↳덧셈(그냥 10진수로 변환해 계산 후 원래코드로 변환시키는 게 빠름)

8421코드 : 가산결과가 9(1001)를 초과 시는 수에 6(0110)을 더해서 보정

ex) 13+9 -> 0001 0011 + 0000 1001 -> 0001 1100 + 0000 0110(보정) -> 0010 0010

3초과코드 : 두 값 가산시, 총 66 초과값이 되므로, 결과의 각자리수에서 3(0011)씩 빼서 33 초과상태로 보정.

ex) 43+36 -> 0111 0110 + 0110 1001 -> 1101 1111 - 0011 0011(3씩 뺌)1010 1100

 

* 자보수코드 : 0~40~4 값이 9~5값의보수9~5 값의 보수. 3초과코드 + 자리합이9인코드. 5211->5+2+1+1=9 / 84

->8+4+(-2)+(-1)=9)

 

* 에러검출코드 : 바이콰이너리(50-43210코드바이콰이너리(50-43210 코드), 2outof5코드. 패리티코드. 해밍코드(에러교정도 함)

 

 

2) 전송방식

 

* 단방향(키보드, 모니터), 반이중(무전기, 파이프), 전이중(전화기)

 

* 직렬(장거리용(저렴). 동기식(타이밍일치)/비동기식(비트엠블사용)), 병렬(단거리용(비쌈))

 

* 베이스밴드 : 기저대역(주파수0부터). 무변조(디지털→디지털(라인코딩). 근거리용. 시분할다중화(1전송매체-1채널)

브로드밴드 : 광대역. 변조(디지털→아날로그. 모뎀사용). 장거리용. 주파수분할다중화(1전송매체-多채널)

 

 

3) 변조

 

(1) 아날로그 → 디지털 변환(아날로그화된 디지털신호. 모뎀)

① PCM(펄스-코드변조) : 샘플링->값부여->인코딩

② DM(델타변조) : 델타(작은크기)델타(작은 크기)로 나누어, 신호의 증감(기울기, 미분)을 감지해 1이나 0을 부여해서 부호화.

 

(2) 디지털 → 아날로그 변환(디지털화된 아날로그신호. 모뎀)

ASK(진폭 편 이변조),상(180도)), QPSK(직교위상편이변조QPSK(직교위상 편 이변조. 4상(90도))

 

(3) 아날로그-아날로그 변환 (아날로그신호. 저역->대역)

AM(진폭변조), FM(주파수변조), PM(위상변조)

 

 

4) 다중화기와 집중화기

 

(1) 다중화기(MUX) : 여러채널여러 채널로부터의 데이터입력을 하나의 전송매체에 실어 보내는 장치. 허브, 공유기

① 주파수분할다중화(FDM) : 주파수대역 분할. 보호대역필요(간섭방지). 모뎀필요없음. 저속, 비동기식, 멀티포인트

↳ OFDM : FDM과 다르게 주파수 겹침(보호대역 없음).

② 파장분할다중화(WDM) : 채널별 파장을 할당해서 단일케이블로 전송. 광케이블 사용.

③ 코드분할다중화(CDM) : 송/수신자가 동일한 확산코드를 가지고 확산/복조. 보안성 높음.

④ 시분할다중화(TDM) : 타임슬롯할당. 내부버퍼필요(속도차이해결), 고속, 동기식/비동기식, Point-To-Point

↳ 통계적시분할다중화(STDM) : =ATDM(비동기식-). 실제 전송단말에만 타임슬롯할당.

다중화기	집중화기
동기형	비동기형
공유회선 규칙적 분할	공유회선의 독점(불규칙)
버퍼 불필요	버퍼 필요
입출력 대역폭이 동일	입출력 대역폭이 상이

5) 전송효율 및 전송속도

 

* 단위 : bps(데이터전송률), baud(보드, 시그널전송률)

* 전송용량(채널용량) : 전송용량은 대역폭에 비례.

① 나이키스트 전송용량 : 잡음 없는 채널 가정.

ex) 주파수 1200Hz1200Hz 채널에 신호종류가 4가지(00,01,10,11)4가지(00,01,10,11) 일 때, 2 ×1200 ×2 = 4800 bps이다.이다.

 

② 섀넌 용량 : 잡음 있는 채널에서의 최대 데이터전송률을 구함.

ex) 주파수 1200Hz채널에 SNR이 7일 때, 1200 ×3=3600 bps이다.이다. ↳

=신호대잡음비

* 필요한 채널수 : 섀넌용량->나이키스트로 최대 채널. ex) 1 MHz, SNR=63→섀넌 6 Mbps→→섀넌6Mbps→

≤6의 최대는

 

* 전송장애원인 : 감쇠, 왜곡, 잡음

① 감쇠 : 전송매체의 저항으로 인한 진폭감소(에너지손실). 데시벨사용. 증폭기(리피터)사용증폭기(리피터) 사용으로 해결.

 

데시벨(decibel) :. p1→p2에서 증폭(양수)/감쇠(음수). 총 데시벨 = 구간별 데시벨의 합

 

② 왜곡(Distortion) : 복합신호의 각 신호들의 전파속도 지연으로 발생.

 

③ 잡음(Noise) : 열잡음(전자운동), 유도잡음(모터), crosstalk잡음(crosstalk잡음(전선 간 간섭), 임펄스(번개)

 

 

 

6) 전송매체(물리계층)

 

(1) 유선매체

① 이중꼬임선(TPC) : UTP(랜용)/FTP(UTP+은박(절연))/STP(쉴드)UTP(랜용)/FTP(UTP+은박(절연))/STP(실드). 꼬인형태. 하나는 신호전달/하나는 접지

 

② 동축케이블 : TPC보다 높은 주파수(빠른 전송),(빠른전송), 간섭현상 적음(by실드).(by쉴드 연결시 동축 커넥터 필수.

 

③ 광섬유케이블 : 내부(코어)/외부(클래드)의 밀도차에 의한 전반사를 이용해 전달. 잡음현상없음.

멀티모드(코어직경 큼. 단거리 전송). 단일모드(코어직경 작음. 장거리 전송)

 

(2) 무선매체 : 라디오파(무지향. 전자기파), 마이크로파(단방향(안테나필요)), 위성통신(정지궤도위성사용)

* 5G 무선통신 : 작은셀(고주파라 전달반경 작음(250~300m)), 빔포밍(다중안테나, MIMO. 필요장소에 집중/다중화.)

 

 

7) 회선교환망과 축적교환망

 

(1) 회선교환망 : 전용회선 할당 후 전송. 미사용 시 낭비. 전화

(2) 축적교환망

① 메시지교환방식 : 가변길이, 교환기가 일시저장(버퍼있음) 후 전송. 느림(대화형(실시간) 부적합).

② 패킷교환방식 : 메시지를 고정길이로 자름

↳ 데이터그램방식 : 경로설정 없음(패킷이 서로 다른 경로로 이동, 보낸 순서대로 도착하지 않음))

가상회선방식 : 송수신자간 링크(세션) 설정. 중간 교환기들이 라우팅(경로설정).

 

* 폴링 : 메인컴퓨터가 단말컴퓨터에게 보낼 데이터가 있는지를 묻는 것

셀렉팅 : 메인컴퓨터가 단말컴퓨터에게 (데이터 보낼 건데)) 받을 준비가 되어 있는지를 묻는 것.

 

* 일괄처리(주기적. 오프라인/온라인처리. 성적/급여/공과금/월매출 등) / 실시간처리(온라인처리. 은행/항공/제어 등)

 

* 직접(점대점)/간접(멀티포인트,브로드캐스팅), 대칭/비대칭(서버-클라이언트), 표준(개방시스템)/비표준(고립시스템)

 

 

 

6) 주요통신장비(백본용)

 

① MSPP(다중서비스공급장치) : 단일광케이블(WDM에서 발전)로 여러 형태의 데이터를 동시에 전송/처리하는 장비.

② 캐리어이더넷 : MAN(도시권) 고속이더넷. 무선도 지원

③ ROADM(추가삭제 재조정가능 광 다중화기) : 중간회선의 추가삭제를 소프트웨어로 설정(이동 중(이동중 drop 가능)

 

3) 표준

 

* 효과 : 호환성, 규모의 경제 가능 / *표준화 기구 : ITU-T, ISO, ISOC(비영리), IEEE, ANSI 등.

* 표준제정절차 : 제안-초안작성-심의(자체)-의견수렴(전체)-채택-발행-개정(유지보수)