메타 스터디 그룹

[TOPCIT 목차]


01. IoT (Internet of Thing) 네트워크 기반 기술
  가) IoT 개념
    - 각종 사물에 센서와 통신기능을 내장하여 인간의 개입없이 상호 협력적으로 센싱, 네티워킹, 정보처리를 수행할 수 있는 기술
  나) IoT 표준화 동향
    - 이동통신 기반 IoT 관련 표준들은 3GPP와 ETSI를 중심으로 제정되어 왔으나 2012년부터 oneM2M 국제 협의체 구성을 통해 표준을 주도

  다) IoT 주요기술
   1) 센싱 기술
      - 온도, 습도, 열, 가스, 조도, 초음파 등
    2) 유무선 통신 킻 네트워크 인프라

      - 유선 :이더넷, PLC
      - 근거리 무선 : WLAN, Bluetooth, Zigbee, UWB
      - 이동통신 : 3G, LTE, 5G
      **BLE (Bluetooth Low Energy) : 기존 블루투스 4.0과 호환되는 저전력 근거리 무선통신
      **Z-Wave : 지능형 매시 네트워크 토폴로지를 사용하는 저전력, 저대역폭 프로토콜
    3) IoT 서비스 및 인터페이스 기술
      - Semantic Web : 대용량 데이터의 분석 및 공유
      - 클라우드 컴퓨팅 : 대규모 분산 처리
      - Open API : 다양한 서비스 접근 제공
  라) IoT 프로토콜
  - 경량화, 호환성, 확장성

    1) CoAP (Constrained Application Protocol)

      - IETF CORE 워킹그룹에서 개발한 사물간 통신용 경량 응용계층 프로토콜

      - 메세지크기와 부호화의 경량화를 위해 바이너리 인코딩 방식 사용

    2) MQTT (Message Queue Telemetry Transport)

      -  publish-subscribe 기반의 경량화 메세지 프로토콜

      - Topic을 발행하고 구독하는 방식

      - CoAP, HTTP, REST 기반 통신

   * MQTT와 CoAP 비교

01. 소프트웨어 기반 네트워크

  가) 기존 통신환경의 한계와 패러다임의 변화

  나) SDN (Software Defined Network)

    - 소프트웨어를 통해 네트워크 경로 설정과 제어 및 운영관리를 처리할 수 있는 네트워크 기술

    1) SDN의 등장

      - 2010년 스탠포드 대학의 '오픈 네트워크 서밋'이 개최되며 제안 시작

      - 2011년 오픈플로우와 SDN의 도입 촉진과 표준화를 위해 ONF( Open Network Foundation) 결성

    2) SDN의 개념

      - 제어 플레인을 데이터 플레인과 분리를 통한 네트워크 프로그래밍

      - 오픈플로우 등의 산업표준제어 프로토콜을 사용하고 SDN 컨트롤러를 통해 프로그래밍 가능한 스위치를 기반으로 하는 기술

    3) 오픈플로우(Openflow) 기술

      - 패킷을 제어하는 기능과 전달하는 기능을 분리하고, 프로그래밍을 통해 네트워크를 제어하는 기술

      4) SDN 적용사례

  다) NFV (Network Function Virtualization)

    1) NFV 도입배경

      (1) 네트워크 속도 증가

      (2) 다양한 서비스의 등장

      (3) 네트워크 장비 구축의 비용 및 수명 문제

    2) NFV의 개념

      - VM 또는 서비스 프로파일을 통한 가상화 기반으로, 사용자의 기능 제어가 용이한 가상 네트워크 기술

    3) NFV 아키텍쳐 프레임워크 구조

      - NFV 아키텍쳐 프레임워크 구성

    4) NFV 적용사례

      - 네트워크 구성을 위해 특화된 장비뿐만 아니라 일반적인 x86서버에서도 구현 가능

  라) SDN과 NFV

    1) NFV와 SDN 관계

       - NFV와 SDN은 상호 보완적인 관계로 독립적으로 구성하는 것이 가능하다

    2) NFV와 SDN비교

[TOPCIT 목차]

1. 멀티미디어 네트워크

가) 영상압축 유형

1) 무손실 압축(Lossless Compression)

• 압축과 해제 알고리즘이 서로 정확하게 반대이기 때문에 데이터의 무결성이 보존되는 압축방식
• 데이터의 어떤 부분도 처리과정에서 손실되지 않음 
• 대표적인 무손실 압축방식으로는 반복 길이 부호화 방식, 사전 부호화 방식, 허프만 부호화 방식, 산술 부호화 방식 등

무손실 압축방법

2) 손실압축(lossy compression)

• 손실 압축방식은 압축률을 높이기 위해 약간의 정확도를 희생시켜 압축을 하여, 중복되거나 불필요한 정보가 손실되는 것을 허용하는 압축방식
• 손실 압축 방식에는 예측 부호화 방식과 변환 부호화 방식

나) 멀티미디어 데이터

• 멀티미디어 데이터에는 텍스트, 이미지, 비디오, 오디오 데이터가 있는데 텍스트는 평문(plain text), 비선형 하이퍼텍스트(hypertext)의 형태를 가지며, 기본 언어는 심볼들을 표현하기 위한 유니코드(Unicode)이며, 무손실 압축방식

다) QoS(Quality of Service)

• 멀티미디어 네트워크에서 QoS를 보장하기 위한 방법으로 RSVP(Resource reservation protocol, 자원예약 프로토콜)와 TOS 필드 활용이 있음
• RSVP 방식은 송신지에서 수신지까지 데이터 전달을 위해 너트워크 대역폭을 고정적으로 할당 받아서 우선적으로 처리하는 방식이며, TOS 필드는 패킷에 포함되어 있는 TOS 필드 등급을 패킷마다 지정하여 처리 우선 순위를 결정하는 방식

TOS 필드

2. 인터넷 전화 개념 및 호 신호 프로토콜

가) VoIP(Voice over Internet Protocol）란?

• VoIP는 IP 네트워크를 기반으로 패킷 데이터를 통해 음성통화를 구현하는 통신기술

나) VoIP 호(Call) 신호 프로토콜

• SIP 프로토콜은 인터넷상에서 통신하고자 하는 지능형 단말들이 서로를 식별하여 그 위치를 찾고, 그들 상호 간에 멀티미디어 통신 세션을 생성하거나 삭제 변경하기 위한 절차를 명시한 응용계층 시그널링 프로토콜

1) SIP(Session Initiation Protocol)

• SIP는 멀티미디어 세션의 설정, 수정, 종료를 위해 사용하는 응용 계층 시그널링 프로토콜
• SIP 프로토콜 구성

2) SIP 메시지 구조

• SIP는 사용자들을 구분하기 위해 이메일 주소와 비슷한 SIP URI(Uniform Resource Identifier) 사용하여 IP 주소에 종속되지 않고 서비스 제공이 가능

다) H.323

• H.323은 품질이 보장되지 않는 랜상에서 음성, 데이터, 영상 서비스를 제공하기 위한 ITU-T 표준이다. 기존 네트워크의 하부구조 변경 없이 쉽게 멀티미디어 서비스 제공이 가능하여 초기 VoIP 사업자가 많이 사용하는 프로토콜

라) VoLTE(Voice over LTE)

• VoLTE는 데이터 뿐만 아니라 음성까지도 LTE망을 통해 제공되는 기술로, 차세대 무선 브로드밴드 네트워크 기술인 LTE 환경에서 제공되는 음성서비스

3. 미디어 전송 프로토콜

• 인터넷상에서 실시간 트래픽을 처리하기 위해 설계되었으며, 주로 인터넷을 통해 실시간으로 비디오 또는 오디오 데이터를 전송하기 위해 사용하는 프로토콜

가) RTP(Real-time Transport Protocol)

• 인터넷상에서 실시간 트래픽을 처리하기 위해 설계되었으며, 주로 인터넷을 통해 실시간으로 비디오 또는 오디오 데이터를 전송하기 위해 사용하는 프로토콜

나) RTCP(Rea|―time Transport Control Protocol)

• 인터넷을 통한 영상이나 음성의 스트리밍용 프로토콜인 RTP를 제어하기 위한 프로토콜이며, RFC 1889에 RTP와 함께 규정되어 있는 IETF 표준

다) RTSP(Real-time Streaming Protocol)

• 리얼타임 미디어 전송을 행하는 애플리케이션 계층의 프로토콜로 IETF가 1998년에 개발한 통신 규약으로 RFC 2326에 정의

라) IMS(IP Multimedia Subsystem)

• 무선통신분야의 국제표준을 개발하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 그룹에서 처음 제기
• IP Multimedia 서비스 제공을 위한 기반구조이며, SIP 프로토콜 기반의 호 제어를 핵심기술

1) IMS개념

• SP 프로토콜 기반으로 멀티미디어 세션 제어 및 서비스 제공을 목적으로 표준화 기구인 3GPP에서 정의한 통신 플랫폼

2) IMS 서비스 목표

• IP 프로토콜을 기반으로 음성, 오디오, 비디오 및 데이터 등의 멀티미디어를 복합적으로 제공하고, 신속한 서비스 개발 및 변경을 목표

3) IMS네트워크구조

• GPRS 기반의 패킷 교환 서비스 도메인은 3GPP 범위를 벗어나서 패킷 라우터에 의한 IP 네트워크로 대체 가능하며, 무선 도메인은 3GPP를 벗어난 Wibro, Mobile-LAN 등 다른 무선망 액세스 도메인 및 데이터망 액세스 도메인으로 대체 가능한 구조

4) 컨버전스 관점에서 IMS의 역할

• IMS 인프라를 활용해서 컨버전스 환경의 ID 및 인증 체계 구현
• 서비스 제어를 위한 양방향 채널 제공
• 독립적인 서비스 인프라를 통한 서비스 세션 연결

[TOPCIT 목차]

01 데이터 링크계층의 개념

가） 데이터 링크계층의 정의

  데이터 링크계층은 장치간 신호를 전달하는 물리계층을 이용하여 네트워크상의 주변장치들간의 데이터를 전송하는 계층

나） 데이터 링크계층 기능

•   주소할당 - 물리계층으로부터 받은 신호들이 네트워크상의 장치에 올바르게 안착할 수 있게한다.   
•   오류감지 - 신호가 전달되는 동안 오류가 포함되는지 감지한다.

02 데이터 링크계층 캡슐화

가） 데이터 링크계층 캡슐화

  데이터 링크계층의 프레임은 네트워크 계층 패킷에 헤데Header)와 트레일러(Trailer)가 추가되어 구성된다.

  이런 과정을 데이터 링크계층의 캡슐화라고 하고. 수신 측에서는 그 과정이 역으로 수행되어 디캡슐화라고 한다.

나） 프레임 헤더와 트레일러 구성

03 데이터 링크계층 구성

가） 데이터 링크계층 부계층

  데이터 링크계층 구성 -> 2개의 부계층(Sub-layer)로 구성

•   LLC(Logical Link  Control)      - MAC 부계층과 망계층(Layer 3) 간의 접속을 담당
•   MAC(Media Access  Control) - 물리계층 상의 토폴로지나 기타 특성을 맞추는 제어 담당

나） 논리 링크 제어（LLC）

  ① 논리 링크 제어(LLC)의 개념

    데이터 링크 계층의 네트워크 두 인접 노드 사이의 데이터 전송을 책임지기 위해, 데이터 링크계층의 하위계층 중

   윗부분에 있는 계층(IEEE 802.2)

. ② 논리 링크 제어(LLC)의 구성

• 목적지 서비스 접속점(DSAP) 주소
• 출발지 서비스 접속점 (SSAP) 주소

  * LLC 계층은 여러 상이한 MAC 부계층 프로토콜을 사용할 수 있도록 하여 망의 토폴로지(Top이ogy) 에 관계없는

    통신이 가능하도록 한다.

  ③ 논리 링크 제어 서비스 옵션

• Type 1 - 비확인 데이터그램 서비스(수신 도착 확인 메시지가 필요 없는 서비스로 무연결 서비스)
• Type 2 - 가상 회로 접근 방식 서비스(TCP 서비스와 비슷하게 가상 세션을 연결 후 데이터를 전송하는 방식)
• Type 3 - 확인식 데이터그램 서비스(수신 통지가 있는 데이터 그램을 포인트 투 포인트 방식으로 제공)

다） 매체 접근 제어（MAC）

  ①  매체 접근 제어（MAC） 개념

    매체 접근 제어(MAC)는 물리적 매개체를 통하여 데이터를 어떻게 보낼 것인가를 책임지고 있는 계층

  ② 논리 링크 제어(LLC)의 구성

    * 앞 24비트는 OUI(Organizationally Unique Identifier)라는 제조회사 식별코드，

      나머지 24비트는 제조회사에서 생산 한 NIC의 일련 번호이다.

04 MAC 주소 검색

가） IP 주소와 MAC주소 변환 프로토콜

•   ARP(Address  Resolution Protocol) 프로토콜 - IP 주소를 통해 MAC 주소 확인하는 프로토콜
•   RARP(Reverse Address Resolution Protocol)프로토콜 - MAC 주소를 통해 IP 주소 확인하는 역주소 변환 프로토콜

나） MAC 주소 검색 시나리오

  ① 사용자 컴퓨터는 브로드캐스트를 통해 같은 네트워크 구간 내 모든 시스템에게 ARP 요청 

  ② 응답을 받은 컴퓨터는 자신의 MAC 주소를 ARP 패킷에 포함시켜 유니캐스트를 통해 사용자 A가 있는 컴퓨터로 전달

  ③ 사용자 컴퓨터와 상대방 컴퓨터는 MAC 주소를 이용하여 통신

05 데이터 링크계층 오류검출과 오류정정기법

 가）오류제어의개념

송신한 데이터가 제대로 도달되지 않거나 전송 도중 오류가 발생할 때, 검출하고 오류를 수정하는 기능

• 전진 오류 수정(Forward Error Correction, FEC) - 수신 측에서 오류를 스스로 검출/복원할 수 있는 방법
• 후진 오류 수정(Backward Error Correction, BEC) - 송신 측에 오류 사실을 알려서 재전송하여 복원하는 방법

나）오류검출과 오류정정

  ① 오류검출
    오류검출은 목적지에서 오류를 검출하기 위해서 여분의 비트를 추가하는 중복（잉여） 개념을 이용한 방법

  ② 오류정정
    오류정정에는 수신자가 송신자에게 전체 데이터 재전송을 요구하거나, 수신자가 오류 교정 코드를 이용하여

    자동으로 수행하는 방법

  ③ 재전송 알고리즘(ARQ : Automatic Repeat Request)
    오류가 발생할 경우 수신 측에서 송신 측으로 오류 발생 사실을 알리고, 송신 측은 오류가 발생한 프레임을 재전송

    하여 오류를 수정하는 알고리즘

06 IEEE 802 표준

가） IEEE 802의 개념

나） IEEE 802.3 표준

다） IEEE 802.11 표준

라） IEEE 802.15 표준

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1. 클라우드 컴퓨팅 

가) 클라우드 컴퓨팅 개발 목적: 개별 서버마다 남아도는 기업의 컴퓨터 용량을 효율적으로 활용하고 불확실한 서비스의 수요에 유연하게 대처하기 위한 목적으로 개발됨

나) 특징

  (1) 복잡한 내부를 몰라도 어디에서나 자기가 원하는 컴퓨터 자원을 사용하여 작업이 가능하다

  (2) 지원하는 기술 인프라스트럭쳐에 대한 전문 지식 없이도 인터넷으로부터 원하는 서비스를 이용할 수 있게 되었다. 

다) 클라우드 서비스 도입 기대효과

  (1) 비용: CAPEX 감소, OPEX 증가, TCO 감소

      * CAPEX(Capital expenditures): 미래의 이윤을 창출하기 위해 지출된 비용

      * OPEX(Operationg Expenditure): 운영비용

      * TCO(Total Cost of Ownership) :  시스템 도입 및 유지보수 비용까지 포함한 전체 비용

  (2) 기간: 개발기간 단축, 제품 개발주기 단축

  (3) 운영: 운영인력 감소, 자원 효율성 강화

  (4) 제품: 제품 집중도 향상

라) 클라우드 서비스, 클라우드 컴퓨팅 정의

  (1) 클라우드 서비스: 사용자 중심으로 클라우드 컴퓨팅 환경을 제공하는 주문형 아웃소싱 IT 서비스

  (2) 클라우드 컴퓨팅: 가상화와 분산처리 기술을 기반으로 인터넷을 통해서 IT 자원을 임대하고 사용한만큼 요금을 지불하는 컴퓨팅 환경

마) 그리드 컴퓨팅과 클라우드 컴퓨팅의 차별성

2. 클라우드 컴퓨팅 유형

가) 서비스 유형에 따른 분류

(1) IaaS(Infrastructure as a Service)

     인터넷 네트워크를 경유하여 인프라 자원(서버, 스토리지, 네트워크)을 서비스로 제공하는 형태

     서비스 업체에서 서버를 호스팅 받는 것과 유사한 방식

(2) PaaS(Platform as a Service)

     개발 및 운영 환경을 구축할 필요없이 필요한 개발 및 운영 환경을 서비스 형태로 사용하는 방식

(3) SaaS(Software as a Service)

     웹브라우저로 접근: 설치형 소프트웨어가 아닌 웹 브라우저로 접근

     사용량 기반 비용: 소프트웨어를 사용한 만큼 비용 지불

     온디멘드: 필요한 소프트웨어는 즉시 사용가능

     IT 수요 최적화: IT 인프라스트럭쳐에 대한 관리 및 확장 이슈가 없음

나) 클라우드 운영 형태에 따른 분류

3. 서버 가상화 기술

*가상화:

 -. 컴퓨터 자원을 추상화하는 방식

 -. 여러대의 컴퓨터 자원을 하나의 서버처럼 보이게 하거나

 -. 하나의 컴퓨터 자원을 복수의 컴퓨터 자원인 것처럼 보이게 하는 기술

*서버가상화기술:

  -. 1개의 컴퓨터에서 동시에 1개 이상의 운영체제를 가동시키는 것이 가능

 -. 컴퓨터 자원의 활용율과 관리 효율성을 극대화

 -. x86 가상화기술: 클라오드 컴퓨팅 환경의 근간

가) 하이퍼바이저(Hypervisor)

호스트 OS: 서버 가상화에서 물리적으로 존재하는 서버

가상서버(Guest OS): 가상으로 제공되는 서버

서버 가상화 기술구분: 가상서버가 물리적인 서버와 같이 보일 수 있도록 물리적 자원을 할당하는 방식에 따라 구분

* 하이퍼바이저(Hypervisor): 물리적인 서버를 가상화하는 기술

서버 가상화를 위한 논리적 플랫폼

가상 머신 모니터(Virtual Machine Monitor)

설치방식과 가상화방식으로 분류

나) 하이퍼바이저의 유형

Native방식:하드웨어에 직접 설치

Hosted방식: 일반 프로그램 처럼 운영체제 위에 설치

(1) Native방식

가상머신 모니터(VMM, Virtual Machine Monitor)를 물리적 하드웨어에 직접 설치하는 방식

호스트 OS가 필요없는 방식

Type1

Xen, Citrix의 XenServer, VMWare의 ESxServer, IBM의 Power 하이퍼바이저, 마이크로소프트의 Hyper-V, KVM

(2) Hosted 방식

기존의 운영체제 위에 설치되는 소프트웨어

마이크로소프트의 Virtual PC, VMWare의 Workstation,  오라클의 VirtualBox

다) 서버 가상화 방식의 유형

(1) 전가상화(Full Virtualization)

(2) 반가상화(Para Virtualization)

장점: 하드웨어 에뮬레이션을 하지 않고 하이퍼바이저를 통해서 제어하기 때문에 높은 성능제공

단점: 게스트 OS의 커널을 일부분 수정해야 하기 때문에 오픈소스 운영체제만을 게스트 OS로 사용할 수 잇다. 

(3) OS레벨 가상화(OS-level Virtualization)

[Hypervisor 가상화와 OS 레벨 가상화 비교]

[OS레벨 가상화 장단점]

4. 스토리지와 네트워크 가상화 기술

가) 스토리지 가상화

필요로 하는 스토리지 공간 대신 This-Provisioning 이라는 기술을 통해서 초기 필요한 최소 공간만을 가상으로 할당하여 서비스 구현이 가능하도록

추가로 이기종 스토리지 시스템 통합을 사용하는 환경 제공

나) 네트워크 가상화

하드웨어 어플라이언스 형태로 존재하더 ㄴL2, L3, L7 스위치, 네트워크 방화벽, 보안 장비들을 구상머신으로 구현

네트워킹 자원들이 하나의 공유된 물리적인 환경에서도 내부적으로 가상화를 통해 분리되어 조작하게 한다. 

5. 클라우드 플랫폼

가) 클라우드 플랫폼의 정의

서버, 스토리지, 네트워크, 가상화 기술 등과 같은 리소스들을 모으고 이들을 제어하고 운영하기 위한 Cloud Operation System

나) 오픈스택(Openstack)

다) 클라우드 스택(CloudStack)

Cloud.com에 의해 개발되고 citrix에 의해 아파치 재단에서 관리 개발하고 있는 클라우드 컴퓨팅 오픈소스 프로젝트

라) 쿠버네티스(Kubernetes)

구글이 자사 서비스를 위해 개발했던 운영 노하우를 공개한 것

컨테이너의 관리와 운영을 위한 오케스트레이션 플랫폼

선언형 프로그래밍 형석으로 노드에서 여러 컨테이너를 관리하고 예약할 수 이따

쿠버네티스 컨트롤 플레인(Kubernetes Control Plane)을 통해 특정 구성을 지정하면 쿠버네티스가 그 상태를 자동으로 유지

마) 메소스(Mesos)

클라우드 인프라 자원과 컴퓨팅 엔진들의 자원을 통합적으로 관리 할 수 있도록 만든 자원관리 프로젝트

네트워크로 연결되어 있는 분산 컴퓨팅 자원을 하나로 묶어서 리소스 풀(Resource Pool)을 만들고 하나의 컴퓨팅 자원처럼 보이게 해주는 기능 제공

사용자가 응용 프로그램 실행을 요청하면 인스턴스를 할당하고 응용 프로그램을 실행할 수 있게 해준다

메소스는 마라톤과 크로노스 프레임워크로 구성되어 있다.

마라톤은 자원할당과 잡을 만드는 역할

크로노스는 스케쥴링 담당

클라우드 컴퓨팅

[TOPCIT 목차]

01. 병렬 처리 시스템(Parallel Processing System)

가) 병렬 처리 시스템의 개념

• 두개의 연산을 처리해야 하는 문제가 있는데 두개의 연산이 서로 의존성이 없다면 한 개의 연산이 완료될 때까지 나머지 연산을 기다리지 않고 동시에 처리하는 행위
• 프로그램 명령어를 여러 프로세서에 분산시켜 동시에 수행함으로써 빠른 시간 내에 원하는 답을 구하는 작업

나) 병렬 처리 시스템의 플린에 의한 분류

유형	구조	설명
SISD 단일명령-단일자료 (Single Instruction Stream Single Data Stream)		- 1 회 1 개씩 명령어 데이터 처리, 폰노이만 구조 - 성능향상 위한 처리가능 (파이프라인 등)
SIMD 단일명령-다중자료 (Single Instruction Stream Multiple Data Stream)		- 여러 개의 프로세싱 유닛(PU)로 구성되고, 하나의 제어 유닛(CU)에 의해 통제됨 - 배열 프로세서, 다수 데이터를 하나의 명령어로 실행 - 분산 기억장치 구성가능
MISD 복수명령-단일자료 (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)		- N개의 프로세서들이 서로 다른 명령어 실행 - 1개 데이터를 다수의 명령어로 처리 - 실제 설계 구현 사례 없음
MIMD 복수명령-복수자료 (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)		- N개의 프로세서들이 서로 다른 명령어들과 데이터들 처리 - 프로세서들 간 상호작용 정도에 따라 2가지로 분류(tightly-coupled system, loosely-coupled system) - 다수의 프로세서가 서로 다른 다수의 데이터 스트림을 처리 - 대부분의 병렬 시스템

다) 메모리 구조에 의한 병렬 처리 시스템 분류

유형	구조	설명
SMP 대칭형 다중 프로세서 (Symmetric Mutiprocessor)		- 단일 처리기 시스템에서 나타나는 성능의 한게를 극복하기 위해 두 개 이상의 프로세서를 공유버스로 상호 연결하여 하나의 메모리를 망에 연결시켜 놓은 시스템 - MPP 시스템에 비해 병렬 프로그래밍이 쉽고, 프로세서간 작업 분산이 쉬움 - MPP에 비해 확장성이 낮음
MPP 거대 병렬 프로세서 (Massice Parallel Processor)		- 각 프로세서는 개별 메모리를 이용하여 일을 수행하는 비공유 아키텍처 - 비공유 아키텍처이기 때문에 단일병합(병목) 지점이 없고, 대규모 시스템 확장이 가능 - 프로세서 간에는 메시지 패싱과 같은 기법을 이용하여 통신 - 확장성이 뛰어나며 대용량의 DB를 지원 - 개발 비용이 적게 소요
NUMA 불균일 기억장치 액세스 (Non Uniform Memory Access)		- 메모리에 접근하는 시간이 CPU와 메모리의 상대적인 위치에 따라 달라지는 컴퓨터 메모리 설계 방법 - NUMA 아키텍처는 이론적으로 SMP 아키텍처에서 확장 된 개념 - 개별 프로세서에 별도의 메모리를 제공, 메모리의 동일 주소 접근 시 발생하는 충돌 해결 - 중간 단계의 공유메모리를 추가하여 모든 데이터 엑서스가 주 버스 상에서 움직이지 않음

라) 병렬 프로세서 기술의 유형

유형	구조	설명
명령어 파이프라이닝 (Pipelining)		- 명령어를 읽어 순차적으로 실행하는 프로세서에 적용되는 기술 - 한 번에 하나의 명령어만 실행하는 것이 아니라 하나의 명령어가 실행되는 도중에 다른 명령어 실행을 시작하는 식으로 동시에 여러 개의 명령어를 실행하는 기법
슈퍼스칼라 프로세스 (Super Scalar)		- CPU 내에 파이프라인을 여러 개 두어 명령어를 동시에 실행하는 기술 - 파이프라인으로 구현된 여러개의 유닛이 명령어들의 병렬 처리를 지원하는 것
파이프라인 해저드		- CPU 성능 향상을 위한 파이프라인 프로세서에서 수행중인 명령어의 중첩처리를 방해하는 구조적, 데이터, 제어 측면의 위험요인 - 파이프라인 프로세싱에서 의존성으로 발생할 수 있는 문제로, 프로세서에서 수행중인 명령어의 중첩처리를 방해하는 위험 요인 - 구조적 해저드, 데이터 해저드, 제어 해저드 분류

마) 병렬 프로그래밍 기술

유형	구조	설명
컴파일러 기술 OpenMP		- 컴파일러 디렉티브(Directive) 기반의 병렬 프로그래밍 API - 최초 프로그램은 마스터 스레드로 동작하고 디렉티브를 만나면 스레드를 생성하여 스레드별로 독립적으로 수행
메시지 패싱 병렬 프로그래밍 모델 Message Passing Interface		- 노드 간 네트워크를 통해 메시지를 공유 - 메시지 패싱 병렬 프로그래밍을 위해 표준화된 데이터 통신 라이브러리 - 프로세서 대 프로세스, 일대일 또는 일대다로 작업 할당
부하 균등화(Load Balancing) 기술 AMP, SMPm BMP

바) 그래픽 처리 프로세싱 기술

유형	구조	설명
GPU (Graphics Processing Unit)		- 병렬처리용으로 설계된 수천 개의 소형이고 효율적인 코어로 구성 - 그래픽 처리장치로써 이미지와 영상을 처리하는 역할을 담당하는 그래픽카드의 핵심 반도체 - Floationg Point 연산을 하는 작은 ALU 코어를 수천개 반복 구성시켜 빠른 그래픽처리 수행
GPGPU (General-Purpose GPU)		- GPU를 그래픽스 전용 처리뿐만 아니라, 범용적인 데이터 병렬처리가 가능한 그래픽 처리 유닛 - 기존의 CPU와 GPU를 결합, 기본적인 컴퓨팅 환경은 CPU가 담당하고 대량 데이터에 대한 신속한 연산이 필요한 영역은 GPU에게 맡기는 방식인 가속 컴퓨팅(GPU-accelerated computing) 확대

사) GPU 기반 병렬 프로그래밍 기술

유형	구조	설명
CUDA (Compute Unified Device Architecture)		- GPU를 이용한 범용적인 프로그램을 개발할 수 있도록 ‘프로그램 모델’, ‘프로그램 언어’, ‘컴파일’, ‘라이브러리’,‘디버거’, ‘프로파일러’ 를 제공하는 통합환경 - 높은 연산 처리능력 - CPU 부하 감소 - 작은 메모리에서 병렬 수행
OpenCL (Open Computing Language)		- 애플, AMD, Intel, IBM, NVDIA에서 개발한 개방형 범용 병렬 컴퓨팅 프레임워크 - 데이터와 태스크 기반의 병렬 프로그래밍 모델 - 오픈스펙 특징(GPU, CPU, DSP 사용 가능)
C++ AMP (C++ Accelerated Massive Paralleism)		- 마이크로소프트사가 개발한 CPU와 GPU를 사용한 이기종 컴퓨팅을 위한 개방형 프로그래밍 언어 - GPU를 이용한 C++ 코드의 실행 속도 향상 목적
Open ACC		- 크레이, CAPS, 엔비디아, PGI가 개발한 병렬 컴퓨팅을 위한 프로그래밍 표준 - 이기종 CPU/GPU 시스템의 병렬 프로그래밍을 단순하게 만들기 위해 설계된 것 - CPU와 GPU 아키텍처를 둘 다 대상으로 하여 이들 위에 연산 코드를 실행

02. 스토리지 기술

가) 저장장치의 개념

• 컴퓨터에서 데이터(자료)를 일시적 또는 영구히 보존하는 장치
• 자료를 파손이나 유실되지 않게 관리하는 장치

나) 저장장치와 서버의 연결

유형	구조	설명
DAS (Direct Attached Stroage)		- DAS 구성에서는 HDD나 SDD와 같은 1개 이상의 데이터 스토리지 구성요소가 컴퓨터 안에 설치되거나 주로 SAS 링크를 통해 컴퓨터에 직접 연결
NAS (Network Attached Storage)		- LAN 환경에서 서버와 스토리지에 접속하는 방식 - SAN 스토리지 단점을 보완하기 위해 NAS 스토리지는 보편적인 TCP/IP 기반 LAN 채널 속도와 파일 시스템 공유가 가능하고, SAN 보다 상대적 낮은 유지보수 비용 발생
SAN (Storage Area Network)		- 서버와 공유 스토리지 장치 또는 스토리지 어레이 간에 Fiber Channel 또는 iSCSI로 연결된 네트워크 시스템 - SAN 환경에서 스토리지에 접속하는 방식(서버에 Fibre Channel HBA 필요)

다) IP-SAN

• 기가비트 이더넷의 인터넷 프로토콜(IP)을 사용하는 SNA
• IP를 이용하여 네트워크 관리의 일원화 및 SAN의 거리제약 탈피 가능

유형	구조	설명
FCIP (Fiber Channel Over IP)		- 원격지의 SAN 연결 시 사용, 원격지의 프레임 전송할 경우 TCP/IP로 캡슐화하여 상호 연결 - SAN에 손상이 발생할 경우 패브릭에 포함되어 있는 다른지역 SAN에 영향발생
IFCP (Internet Fiber Channel Protocol)		- IFCP 게이트웨이(Gateway)를 통해 지역 SAN 사이의 고유의 TCP/IP로 연결 제공 - 한 지역 손상 시 다른 지역 영향 없음 - 게이트웨이를 이용한 프로토콜 변환방식, 인프라 변경 없이 구축 가능 -> 높은 상호 접속성 제공
ISCS (Internet SCSI)		- SCSI 명령을 IP 패킷으로 캡슐화하여 I/O 블록 데이터를 TCP/IP를 통해 전달 - IPSec등의 기술을 통한 높은 신뢰성 제공 - 기존 네트워크 환경 사용이 가능하여 네트워크 스토리지 구축 비용 절감 효과

라) 스토리지 용량 관리 기술

유형	구조	설명
씬 프로비저닝 (Thin Provisioning)		- 실제 데이터의 사용하는 공간을 Thin LUN으로 매핑하여 데이터를 할당하는 스토리지 가상화 기술 - 클라우드 컴퓨팅에서 사용자가 요구하는 디스크 공간 유연한 확장 가능
데이터 디 듀플리케이션 (Data De-Duplication)		- 데이터 저장 시 중복 데이터를 제거하여 디스크 공간 효율화 제공 - 인라인 방식 저장 : 데이터가 들어가는 순간 중복 데이터 바로 제거 - 오프라인 방식 저장 : 저장을 완료한 후 저장된 중복 데이터 제거

마) 저장장치 디스크 스케줄링

• 주 기억장치에 부재중인 데이터를 디스크로부터 불러오는데 소요되는 시간을 최소화하기 위한 스케줄링 기법
• 디스크 성능 측정 지표 : 접근시간(Access Time), 탐색시간(Seek Time), 회전대기(Rotational delay or rotational latency), 데이터 전송시간(Data Transfer Time)

03. 고가용성 저장장치

가) RAID(Redundant Array of Independent Disk) 기술

• 여러 드라이브의 집합을 하나의 저장장치처럼 다룰 수 있게 하고, 장애가 발생했을 때 데이터를 잃어버리지 않게 하며 디스크 각각이 독립적으로 동작할 수 있도록 하는 저장장치 기술
• 다수의 디스크에 데이터를 중복으로 저장하여 가용성과 성능을 향상시키는 저장장치 기술
• 가격이 저렴하고 크기가 작은 여러 개의 독립된 하드 디스크들을 묶어 하나의 기억장치로 사용할 수 있는 방식
• 데이터 손실 시 안전한 복구 기능과 디스크 확정성 확보

유형	구조	설명
RAID 0 (블록 레벨 스트라이핑)		- 블록 저장 시 각 블록을 다른 디스크에 나누어 저장하는 방식, 최소 2개 – 가용용량: D – 고장허용: 0 ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 2개 – 쓰기 속도 우수 – 하나의 디스크 고장 시 전체 영향
RAID 1 (디스크 미러링)		블록이 디스크에 각각 저장되고 모든 데이터는 중복 방식, 최소 2개 – 가용용량: D / 2 – 고장허용: D / 2 ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 2개 – 안전성 우수, 읽기 성능 우수 – 디스크 추가 시 2배 비용, 전체 용량 절반 효율
RAID 2 (비트레벨 스트라이핑, 전용 해밍코드 디스크)		– 전용 해밍코드 에러 수정 방식 사용 비트 레벨 스트라이핑 구성 방식, 자체 해밍코드 에러 수정이 가능해지며 현재는 미사용 – 가용용량: D – R – 고장허용: R ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 3개 – 한 개의 디스크가 고장 허용, 쓰기/읽기 성능 우수 – 현재는 사용하지 않으며, 임의 쓰기 성능 미흡
RAID 3 (바이트 레벨 스트라이핑, 전용 패리티 비트 디스크)		– 바이트 단위 모든 디스크에 균등 저장되는 바이트 레벨 스트라이핑 구성방식 패리티정보 별도 저장 – 가용용량: D – R – 고장허용: R ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 3개 – 한 개의 디스크가 고장 허용, 쓰기/읽기 성능 우수 – 잘 사용하지 않으며, 임의 쓰기 성능 미흡
RAID 4 (블록 레벨 스트라이핑, 전용 패리티 디스크)		– 파일은 블록으로 쪼개 여러 디스크에 저장되지만 균등하지 않고, 패리티 정보 별도 디스크에 저장 – 가용용량: D – R – 고장허용: R ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 3개  – 한 개의 디스크 고장 허용, 쓰기 성능 우수 – 쓰기 성능이 미흡
RAID 5 (블록 레벨 스트라이핑, 패리티 분산)		– 블록은 모든 디스크에 나누어 저장되지만 균등하지 않고, 패리티 정보도 모든 디스크 나누어 저장 – 가용용량: D – R – 고장허용: R ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 3개 – 1 개의 디스크 고장 허용, 읽기 속도 우수 – 디스크 재구성이 매우 느리고 패리티 정보 갱신으로 인해 쓰기 성능 저하
RAID 6 (블록 레벨 스트라이핑, 패리티 이중 분산)		– 블록은 모든 디스크에 나누어 저장되지만 균등하지 않고, 패리티 정보도 이중으로 모든 디스크 나누어 저장 – 가용용량: D – 2R – 고장허용: 2R ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 4개 – 2 개의 디스크 고장 허용, 읽기 성능 우수 – 패리티 정보 갱신으로 인해 쓰기 성능이 저하되며, 디스크 재구성 시 성능이 매우 저하
RAID 1+0		– 각각 미러링(RAID-1)한 볼륨을 스트라이핑(RAID-0)으로 구성으로 RAID-0의 속도와 RAID-1의 안정성 갖춘 디스크 구성 방식 – 가용용량: R / 2 – 고장허용: R / 2 ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 4개 – 2 개의 디스크 고장 허용, 읽기/쓰기 성능 우수 – 디스크 구성 비용이 일반 디스크의 4배로 고비용
RAID 0+1		– 각각 스트라이핑(RAID-0) 볼륨을 미러링(RAID-1)으로 구성으로 RAID-1의 안정성과 RAID-0의 속도를 갖춘 디스크 구성 방식 – 가용용량: R / 2 – 고장허용: R / 2 ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 4개 – 2 개의 디스크 고장 허용, 읽기/쓰기 성능 우수 – 일반 디스크 4배 비용, Disk Fault 시 복구 위해 RAID-1+0보다 긴 시간 필요
RAID 0+5		– 각각 스트라이핑(RAID-0) 볼륨을 미러링(RAID-1)으로 구성으로 RAID-1의 안정성과 RAID-0의 속도를 갖춘 디스크 구성 방식 – 가용용량: D – R – 고장허용: R ※ (D: Disk개수, R: RAID 개수) ※ 최소 구성 Disk 6개 – 2 개의 디스크 고장 허용, 읽기/쓰기 성능 우수 – 일반 디스크 대비 고비용, 속도와 안정성 높음

나) 백업 스토리지: LTO, VTL

• LTO(Linear Tape-Open) : 고속 데이터 처리 및 대용량을 지원하는 공개 테이프 드라이브 표준 기술
• VTL(Virtual Tape Devices) : 디스크 스토리지를 애뮬레이션하여 가상의 테이프 장비로 만들어 주는 백업 솔루션

04. 그래픽 압축 기술

가) 영상압축 유형

• 데이터의 전송 및 저장 효율을 높이기 위해 원본 데이터에서 불필요한 데이터를 삭제하거나 데이터 중복을 제거하여 원래의 크기보다 적은 사이즈의 데이터로 변환하는 기술
• 데이터 저장공간과 전송 대역폭의 효과적인 이용을 위해 데이터 크기를 줄이는 기법
• 파일이나 통신 메시지와 같은 데이터 집합의 크기를 절약하거나 전송 시간을 단축하기 위해 데이터를 좀 더 적은 수의 비트를 사용하도록 부호화하는 기술
• 데이터의 시간적 중복성(소리) 및 공간적 중복성(영상)을 이용

나) 멀티미디어 데이터

• 멀티미디어 데이터에는 텍스트, 이미지, 비디오, 오디오 데이터가 있으며, 텍스트는 평문(Plain Text), 비선형 하이퍼 텍스트(Hypertext) 형태를 가지며, 기본 언어는 심볼들을 표현하기 위한 유니코드(Unicode)이며, 무손실 압축방식
• 이미지는 정지영상으로 불리며 사진, 팩스 페이지, 동영상의 프레임 하나를 의미하며 변환과정>양자화 과정>보호화 과정을 거쳐서 2진 데이터로 전송

• 동영상 압축 표준 

• ACV(Advanced Vedio Coding)와 HEVC(High Efficiency Vedio Conding) : AVC 코덱은 국제 표준화 기구인 ITU-T와 ISO에서 공동으로 제안한 비디오 압축 기술