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NoSQL 유형, 모델링 절차​

NoSQL 유형​

• Key-Value: 키와 값의 쌍으로 관리, 빠른 조회, Redis, DynamoDB
• Column Family: 열 기반 데이터 저장, 키 범위 처리 요구 개선, 유연성 극대화, HBase, Cassandra
• Document: 문서형태 데이터 저장, 빠른 조회, MongoDB, CouchDB
• Graph: 노드와 간선로 관계 저장, 모든 노드와 간선에 고유식별자, Neo4j
• Vector: 데이터 간 유사도, HNSW, Milvus

NoSQL 모델링 절차​

구분	절차	설명
탐색	도메인 모델 파악	데이터 개체 간 관계 분석, 도메인 파악, ERD 작성하여 결과 도식화
설계	쿼리 결과 디자인	도메인 모델 기반 쿼리 결과값 정의 데이터 출력과 저장에 효율적인 구조로 디자인
-	패턴 기반 데이터 모델링	I/O 횟수를 최소화하기 위해 반정규화, 데이터 중복 저장
-	기능 최적화	필요시 Secondary Index 활용하여 전체 데이터 Scan 최소화
최적화	후보 NoSQL 선정	구조, 특징 분석 후 부하테스트, 안정성테스트 수행 후보쿼리 선정
-	데이터모델 최적화 및 HW 튜닝	선정된 쿼리에 적합한 데이터 모델 최적화, 어플리케이션 인터페이스 설계 NoSQL 설정 및 HW 튜닝

• 쿼리 성능 최적화를 위해 중첩데이터와 반정규화된 데이터 구조로 디자인 필요

SOM 개념​

• 고차원 데이터의 위상을 보존하여 저차원 그리드로 매핑하는 비지도학습 기반 인공 신경망
• 차원축소, 위상보존, 경쟁학습, 시각화 및 군집화

SOM 구성도, 구성요소, ANN과의 차이점​

SOM 구성도​

• 경쟁층 뉴런들이 2차원 격자구조로 배열, 고차원 입력 데이터를 저차원 공간에 시각적으로 표현하는 구조

SOM 구성요소​

구분	구성요소	설명
레이어	입력층	고차원 입력 특성을 받는 층
-	경쟁층(출력층)	2D 그리드 구조로 입력 데이터와의 거리 측정 후 가장 가까운 뉴런 선정
연결요소	연결가중치	입출력층 연결, 초기 무작위 가중치 설정 후 경쟁학습을 통해 업데이트
-	BMV	입력벡터와 가장 유사한 출력층 뉴런, 유클리드 최소 거리 계산

• 역전파와 체인룰 없이 승자 독식 경쟁학습 알고리즘 사용

SOM과 ANN의 차이점​

구분	SOM	ANN
학습방식	비지도학습	비지도/지도학습
학습알고리즘	경쟁학습	역전파 등 오류수정기반
주요목적	시각화, 군집화, 차원축소	분류, 회귀, 예측
출력구조	2차원 격자	다층 퍼셉트론
데이터 요구사항	레이블 불필요	레이블 필요
활용사례	데이터 시각화, 군집 분석	이미지 인식, 음성 인식, 자연어 처리
해석가능성	결과의 직관적 해석	블랙박스, 해석 어려움

다차원 색인구조 개념​

• 이미지나 멀티미디어 등 비정형 데이터의 효율적 검색을 위해 다차원 필드를 동시에 키로 사용한 색인 구조
• 차원확장성, 유사성 기반 내용 검색, 다양항 데이터 처리, 저장공간 절감, RAG, Vector DB 활용

다차원 색인구조 유형​

구분	개념도	설명
Point Access Method (PAM)		다차원 점 데이터 저장 및 검색 K-D 트리, K-D-B 트리, Grid File, 사분트리
Spatial Access Method (SAM)		선, 면 등 크기를 갖는 다차원 공간 데이터 저장 및 검색 R-Tree, R*-Tree, R+Tree, X-Tree

다차원 색인구조 상세​

PAM 기반 다차원 색인구조​

구분	개념도	설명
K-D 트리		이진탐색트리 BST를 다차원 확장하여 K차원 점 데이터 색인 트리 레벨과 값을 번갈아 비교
Grid File		데이터포인트를 다차원 그리드 공간에 매핑하여 저장 각 차원 범위를 선형눈금계로 나눠 격자 배열 생성
사분트리		공간을 반복적으로 4개의 하위 영역으로 분할하는 자료구조 고차원 데이터 부적합, 공간 분할로인한 비효율적 메모리 사용

SAM 기반 다차원 색인구조​

구분	개념도	설명
R 트리		MBR을 구하여 인덱스를 엔트리로 저장하는 자료구조 완전균형트리로 데이터 객체를 여러 차원의 구간들로 표현
R+ 트리		여러 MBR과 중첩되는 데이터는 여러 노드에 중복 저장하는 자료구조 K-D 트리와 R 트리의 중간 형태
R* 트리		R 트리와 구조, 연산은 유사하나 삽입 삭제시 노드 간 MBR 중첩 최소화한 자료구조

• X 트리는 고차원 데이터를 다루는 슈퍼노드를 사용한 R 트리 확장 구조

다차원 색인구조 활용분야​

구분	사례	설명
지리 정보	GIS	R트리 활용 지리 정보 저장 및 검색
-	위성영상분석	사분트리, 위성데이터 분할 저장
멀티미디어	이미지	K-D 트리, 사분 트리, 이미지 속성 저장
-	비디오	K-D 트리, 메타데이터 인덱싱

HNSW​

Hierarchical Navigable Small Worlds

개념도	개념
	계층적 그래프와 Small World Network 기반의 근사 최근접 이웃 검색(ANN)을 수행하여 대규모 벡터 데이터에서 빠르고 정확한 검색 제공

• 다층 그래프 사용 저장
• 지역최솟값을 찾을 때까지 가까운 정점으로 Greedy 탐색
• 메모리 기반, 빠름, 고차원 데이터 효율적 처리
• Milvus, Pinecone 방식
• Pinecone: Hierarchical Navigable Small Worlds

트랜잭션 격리수준 개념​

• 병행 트랜잭션 실행 시 데이터를 일관성 있게 읽을 수 있도록 고립성을 유지하기 위한 데이터 허용 수준
• Dirty Read, Non-Repeatable Read, Phantom Read 등 이상 현상 발생 가능

트랜잭션 격리 수준 상세​

Read Uncommitted​

• 트랜잭션이 완료되지 않은 데이터를 다른 트랜잭션이 참조하는 것을 허용하는 격리수준

Read Committed​

• 트랜잭션이 완료된 데이터만 읽을 수 있는 격리 수준

Repeatable Read​

• 동일한 행을 여러 번 읽을 때 항상 동일한 값을 반환하도록 보장하는 격리수준

Serializable​

• 여러 트랜잭션이 순차적으로 하나씩 실행되도록 보장하는 격리수준
• 동시성이 낮아 거의 사용되지 않음

트랜잭션 격리수준 고려사항​

• Locking, 2PL, Timestamp Ordering, 낙관적 기법 등 병행제어 필요

맨체스터 코딩 개념​

• 각 비트의 중간 시점에 전압 레벨을 반전시켜, 동기화와 오류검출에 이점을 가진 라인코딩 방식
• 클록 동기화 용이, 오류 검출 유리, DC(직류성분) 감소, NRZ 대비 대역폭 2배 필요

맨체스터 코딩 구조도, 동작 원리​

맨체스터 코딩 구조도​

• 비트 중간에서 하향 전이하면 0, 상향 전이하면 1로 부호화

맨체스터 코딩 동작원리​

순서	절차	설명
1	인코더에 데이터 입력	이진 데이터 입력, 비트별 부호화 수행
2	비트상태 변환 및 전송	0 비트 하향 전이, 1 비트 상향 전이 후 전송
3	데이터 신호 해석	비트 중간 반전 시점 해석, 데이터 추출
4	이진 데이터 비트 출력	추출 데이터를 비트로 출력하여 원 데이터 수신

차등 맨체스터 코딩 구조도​

• 0: 시작점에서 전이, 1: 시작점에서 전이 없음, 모든 비트 중간점에서 항상 전이

맨체스터 코딩, 차등 멘체스터 코딩 비교​

구분	맨체스터 코딩	차등 맨체스터 코딩
개념	비트 중간 신호를 상하향 전이, 시간 정보와 데이터 전달 역할 수행	인접 신호의 변화를 표현하기 위한 차등 인코딩과 맨체스터 코딩 결합
신호표현	0: +전압에서 -로 하향 전이 1: -전압에서 +로 상향 전이	0: 비트 시작 전이 없음, 비트 중간 전이 발생 1: 비트 시작, 중간 모두 전이
장점	설계, 구현 단순 에지 검출로 클록 동기화 용이	빠른 전송 속도 극성 반전 없음, 노이즈 강건성
단점	낮은 대역폭 효율성	높은 구현 복잡도, 초기 상태 의존성
활용 분야	초기 이더넷, RFID	Token Ring LAN, 극성 완전 네트워크

Open RAN 개념​

• 다양한 5G 장비업체 간 호환성, 네트워크 설계 유연성을 위해 기지국 연결 인터페이스와 기지국 OS를 개방하고 표준화한 기술
• 기존 RAN의 단점 극복, 5G 네트워크 설계 유연성 확보, 장비업체 간 경쟁 활성화, 통신 기술 발전, 비용 절감

Open RAN 구성도, 구성요소, 발전과정​

Open RAN 구성도​

Open RAN 구성요소​

구분	설명	비고
Radio Unit	스마트폰 등 통신장비 주파수를 잡아서 연결, 안테나로 받은 라디오 신호 처리	RF, Low PHY 처리
Distributed Unit	통신장비에서 요청한 데이터를 전송하는 장치, 라디오 신호에서 디지털 신호 분리	MAC, RLC, High PHY 처리
Centralized Unit	네트워크 제어, 사용자 데이터 처리, DU와 CU 간 데이터 전송	RRC, PDCP 등 프로토콜 활용
RIC	인공지능 기반, 로드 밸런싱 기반 CU, DU 관리	비실시간, 준실시간

Open RAN 발전과정​

레거시 비가상화 사이트​

C-RAN​

V-RAN​

O-RAN​

ICMP 개념, 구성도​

ICMP 개념​

• IP 패킷을 전송하는 과정에서 발생하는 오류 및 제어 메시지를 처리하기 위한 프로토콜
• Ping(Echo Request/Reply), Destination Unreachable 등 네트워크 진단 및 관리에 사용

ICMP 패킷 구성도​

구분	크기	설명
Type	8	ICMP 메시지 유형 0=Echo Reply, 8=Echo Request, 3=Dest. Unreachable 등
Code	8	Type에 따른 세부 코드
Checksum	16	ICMP 헤더+데이터를 합한 오류 검출을 위한 체크섬
Rest of Header	32 이상	Type, Code 조합에 따라 식별자, 시퀀스 등 추가 정보
Data	가변	ICMP 메시지의 실제 데이터

IGMP 개념, 구성도​

IGMP 개념​

• 호스트와 라우터가 멀티캐스트 그룹에 대한 가입(Join)과 탈퇴(Leave) 등을 관리하기 위한 프로토콜
• 멀티캐스트 통신을 효율적으로 지원하기 위해 사용

IGMP 패킷 구성도​

구분	크기	설명
Type	8	IGMP 메시지 유형 0x11=Membership Query, 0x16=Membership Report v2, 0x17=Leave Group 등
Max Resp Time	8	Membership Query에 대한 최대 응답 시간
Checksum	16	IGMP 헤더 전체에 대한 오류 검출을 위한 체크섬
Group Address	32	멀티캐스트 그룹 주소 General Query 시 0.0.0.0, 특정 그룹 쿼리 시 해당 멀티캐스트 주소

• IGMP V3에서는 소스별 멀티캐스트 트래픽 관리 기능이 추가되어 Number of Sources와 Source Address 필드가 추가됨

IGMP 가입 절차도, 세부 절차​

IGMP 가입 절차도​

IGMP 가입 세부 절차​

단계	설명	비고
1. 그룹 가입	호스트가 새 멀티캐스트 그룹에 참여하고자 할 때 라우터에 가입 알림 전송	Membership Report
2. 멤버십 모니터링	라우터는 주기적으로 Query 메시지를 전송, 현재 그룹을 계속 사용하는 호스트가 있는지 확인	Membership Query
3. 멤버십 응답	호스트는 Query에 응답하여 아직 그룹이 필요함을 알림, 무응답 시 라우터는 더 이상 호스트가 없음 판단	Membership Report
4. 멤버십 탈퇴	호스트가 멀티캐스트 수신을 중단하고 싶으면 Leave Group 메시지 전송	Leave Group

ICMP, IGMP 비교​

구분	ICMP	IGMP
목적	IP 패킷 전송 오류 및 제어 메시지 처리	멀티캐스트 그룹 가입/탈퇴 관리
유형	Echo Request/Reply, Dest. Unreachable 등	Membership Query, Membership Report, Leave Group 등
계층	네트워크 계층	네트워크 계층
사례	Ping, Traceroute	IPTV, 온라인 게임 등 멀티캐스트 서비스
데이터전송	오류, 제어 메세지 전송 데이터 페이로드는 네트워크 진단용	그룹 멤버십 정보 전송 실제 멀티캐스트 데이터는 UDP, RTP 상위 프로토콜 사용
보안 취약점	Ping Flooding, DDoS 등	IGMP Spoofing, IGMP Flooding 등
특징	일부 환경에서 ICMP 차단하여 진단 제약 발생 가능	그룹별, 소스별 트래픽 구분하여 필요 트래픽 전달 가능

NRTK 개념​

• GNSS를 기반으로 다수의 기준국 네트워크를 이용하여 오차를 실시간으로 보정하고 이동국의 위치를 세티미터 단위로 정밀하게 측정하는 기술
• 기존 RTK 범위, 오차로 인한 한계 극복, 위치 정밀보정 요구 증가, 통신 기술 발전

NRTK 구성도, 구성요소, 보정신호 구분​

NRTK 구성도​

NRTK 구성요소​

구분	설명	비고
기준국	다수 GNSS 기지국이 위성신호를 수신하여 오차데이터를 제어센터로 전송	광역오차 데이터 수집
제어센터	기준국 데이터 옹합, 오차모델 생성, 가상 기준점 생성	실시간 보정 데이터 전송
이동국	GNSS 신호와 보정데이터를 결합하여 정밀한 위치 계산	cm 단위 오차 보정

NRTK 보정신호 구분​

방식	설명	특징
VRS	사용자 위치에 가상기준국을 생성하여 보정신호 제공	양방향 통신 필요
FKP	기준국 관측망 전체에 적용 가능한 보정신호 제공	삼각망 내 모든 지점 적용 가능
MAC	주기준국과 보조기준국 간 차이를 계산하여 셀 단위 보정 신호 제공	셀 내 모든 지점에 대한 보정 정보 제공
SSR	상태공간 표현을 통해 위성 및 대기 상태 정보를 분리하여 제공	위성 궤도, 전리층, 대류층 상태 포함

TCP 4-way 핸드쉐이킹 개념​

• TCP 장치들 사이에 논리적으로 성립된 연결을 해제하는 프로세스
• 데이터 유실 방지, TIME_WAIT 제공

TCP 4-way 핸드쉐이킹 과정​

TCP 4-way 핸드쉐이킹 절차도​

TCP 4-way 핸드쉐이킹 세부 절차​

구분	절차	설명
Client	FIN_WAIT1	클라이언트가 연결 종료를 위한 FIN 플래그 전송 후 ACK, FIN 수신 대기
Server	CLOSE_WAIT	ACK 전송 후 어플리케이션 종료 대기, Close socket 후 FIN 전송
Client	FIN_WAIT2	서버로부터 FIN 수신 후 ACK 전송, 타이머 시작
Server	LAST_ACK	클라이언트로부터 ACK 수신 후 타이머 시작, 연결 종료
Client	TIME_WAIT	타이머 종료 후 연결 종료, TIME_WAIT 상태로 대기
-	CLOSED	서버, 클라이언트 연결 종료

TCP 3-way 핸드쉐이킹 과정​

TCP 3-way 핸드쉐이킹 절차도​

TCP 3-way 핸드쉐이킹 세부 절차​

구분	절차	설명
Client	SYN_SENT	서버에게 연결 요청을 위한 SYN 패킷 전송
Server	SYN_RCVD	클라이언트로부터 SYN 패킷 수신 후 ACK, SYN 패킷 전송
Client	ESTABLISHED	서버로부터 ACK, SYN 패킷 수신 후 ACK 패킷 전송, 연결 성립
Server	ESTABLISHED	클라이언트로부터 ACK 패킷 수신 후 연결 성립

TCP 제어 플래그 설명​

구분	제어 플래그	설명
긴급할당	URG	송신 측 상위 계층의 긴급 데이터 확인시 1 설정
확인응답	ACK	1 확인번호 유효, 0 확인번호 미포함
버퍼데이터공간	PSH	버퍼링 데이터를 상위 계층으로 즉시 전달
연결초기화	RST	연결 확립된 세션을 강제 리셋 요청
연결시작	SYN	TCP 연결설정 시 순서번호를 동기화
연결종료	FIN	송신 측 연결 종료 요청

• 3way는 SYN, SYN+ACK, ACK 사용, 4way는 FIN, ACK 사용

HDLC 프로토콜 개념​

• 일대일, 일대다 연결 환경에서 비트프레임 구조의 데이터를 송수신하는 데이터링크 계층 ISO13239 표준 프로토콜
• 비트지향 프로토콜, 동기식 전송, 다양한 토폴로지 지원, 오류제어, 흐름제어, 모드 지원

HDLC 프레임 구조, 동작 모드​

HDLC 프레임 구조​

필드	길이	설명
Flag	8	프레임 시작, 종료 표시, 011111102
Address	8	일대다 주국, 종국 주소, 일대일 명령, 응답 구분
Control	8	프레임 종류, 제어 정보, 송수신 순서번호
Data	가변	L3 계층이 송신한 패킷 데이터
FCS	16	오류제어, CRC-16 기반 오류 검출 코드

HDLC 프레임 동작 모드​

NRM (Normal Response Mode)​

정규응답모드

• 주국/종국 구분 동작
• 종국은 주국의 폴링 요청에만 응답
• 종국은 프레임 전송 후 다시 허가 대기

ARM (Asynchronous Response Mode)​

비동기응답모드

• 종국은 주국 승인 없이 비동기적 응답 가능
• 종국의 모든 전송은 주국으로 전송되어 최종 목적지로 중계
• 실제로 거의 사용되지 않음

ABM (Asynchronous Balanced Mode)​

비동기균형모드

• 복합국은 동등한 권한을 가짐
• 양쪽에서 명령/응답 전송 가능
• 폴링 오버헤드가 없어 P2P 환경에서 가장 많이 사용

HDLC, 이더넷 비교​

구분	HDLC	이더넷
네트워크 환경	WAN 환경	LAN 환경
데이터 구조	비트 중심	프레임 중심
송수신 형식	동기식, 비동기 모드 지원	비동기식
표준	ISO 13239	IEEE 802.3
주소체계	Address 필드	MAC 주소