13. 운영체제 네트워크와 분산 시스템 - 네트워크, 보안 운영체제

 

💡 1분 핵심 요약 (TL;DR)

• ✅ 통신·네트워크 — 통신 방향은 단방향·양방향·반양방향. 네트워크 구성은 강결합(공유 메모리) vs 약결합(독립, 오늘날 인터넷). LAN 토폴로지는 스타·링·버스형
• ✅ 분산 시스템·클라이언트/서버·P2P — 분산 시스템은 약결합 기반. 서버는 데몬이 상시 대기. CGI(ASP/PHP/JSP)로 동적 웹 구현. P2P는 비구조적(서버 중앙 관리) vs 구조적(토렌트)
• ✅ 보안 운영체제 — 보안 커널이 추가된 운영체제(신뢰 시스템). 4대 기능: 영역 분리·강제적 액세스 제어·신뢰할 수 있는 경로·참조 모니터

 

 

 

 

01 통신 환경의 발전과 통신 방향

모스 부호에서 스마트폰까지, 통신의 역사

 

통신은 의사소통을 뜻하며, 전기를 이용한 초기 통신 기기로는 모스 부호·전화·무전기가 있습니다. 모스 부호는 전기를 이용한 최초의 통신 수단으로, 짧은 음과 긴 음을 조합해 문자를 전송했습니다.

 

종류	방향	설명 및 예시
단방향 통신 (simplex)	한쪽 방향만	모스 부호·라디오·TV 방송
양방향 통신 (duplex)	양쪽 동시	전화기
반양방향 통신 (half duplex)	한 번에 한쪽만	양방향이지만 어느 순간에는 한쪽만 가능 — 무전기

 

 

무선 통신망의 세대별 발전

 

세대	특징
1세대	아날로그 신호만 전송
2세대	디지털 신호 전송, 효율성 향상
3세대	휴대전화로 인터넷 사용, 기존 음성망에 데이터 통신 기능 추가
4세대	스마트폰 보급, 무선 데이터 통신 가능, 데이터 사용량 급격히 증가
5세대	초고속 무선 통신

 

 

 

 

02 네트워크 구성 방식과 인터넷

강결합·약결합·LAN·WAN·토폴로지

 

네트워크는 유·무선 통신 기술을 이용해 여러 기기를 하나로 연결한 것입니다. 인터넷은 디지털 데이터를 전송하는 대표적인 네트워크입니다. 네트워크를 구성하는 방식은 크게 강결합과 약결합으로 나뉩니다.

 

강결합 시스템 · 모든 컴퓨터의 프로세서가 하나의 메모리를 공유 · 같은 운영체제 사용 · 속도 빠름 · 하나의 시스템 장애 → 다른 시스템에도 영향 · 공유 메모리 경쟁 → 결합 교환 방법으로 해결

약결합 시스템 · 독립된 시스템을 연결 (오늘날의 네트워크 방식) · 자신만의 OS·메모리·프로세서·입출력장치 · 통신선으로 메시지 전달 또는 RPC로 통신 · 강결합보다 느리나 장애 격리 가능

 

LAN · WAN · LAN 토폴로지

 

LAN(Local Area Network)은 가까운 거리(수 km 이내)를 연결하는 네트워크이고, WAN(Wide Area Network)은 국가 전체 또는 국가 간을 연결하는 네트워크입니다. LAN의 물리적 배선 구조를 토폴로지라고 하며, 3가지 형태가 있습니다.

 

종류	특징
스타형	중간에 네트워크를 관장하는 시스템을 두고 방사형으로 기기를 연결
링형	모든 기기를 원형으로 연결
버스형	중앙의 버스에 독립적으로 기기를 붙여 네트워크 구성

 

 

✓ 인터넷의 등장과 발전
1960년대 미국 국방성이 서로 호환되지 않는 여러 종류의 LAN을 묶어 하나의 네트워크로 만든 것이 인터넷의 출발입니다. 1990년대 하이텔 같은 서비스는 키보드로만 명령하는 CUI(문자 기반 사용자 인터페이스) 방식을 사용했고, 1995년 마이크로소프트가 인터넷 익스플로러를 윈도우에 포함·배포하면서 웹 브라우저가 급속도로 보급되었습니다.

 

 

 

 

03 분산 시스템의 개요

값싼 컴퓨터를 묶어 대형 컴퓨터의 능력을

 

📖 분산 시스템이란
개인용 컴퓨터의 보급으로 값싸고 작은 컴퓨터를 네트워크로 묶어 대형 컴퓨터 같은 능력을 가진 시스템을 만들 수 있게 된 것입니다. 중앙 처리 시스템과 반대되는 개념으로, 네트워크상에 분산된 컴퓨터가 작업을 처리하고 결과를 서로 교환합니다. 약결합 시스템을 기반으로 합니다.

 

✓ 분산 시스템의 4가지 장점
· 네트워크로 연결된 기기가 여러 자원을 공유할 수 있음
· 작업 분배를 통해 여러 기기가 분산 처리할 수 있음
· 데이터·처리를 분산해 연산 속도 향상
· 장애가 발생해도 시스템 복구 가능

 

네트워크 운영체제 vs 분산 운영체제

 

네트워크 운영체제 · 각 컴퓨터가 독자적인 OS를 가지며 사용자 프로그램을 통해 분산 구현 · 사용자가 기기 및 OS 종류와 사용법을 알고 있어야 함 · 실행 간단, 소프트웨어 재사용 가능 · 기능적으로 제약이 많음

분산 운영체제 · 전체 네트워크를 단일 운영체제로 운영 · 사용자가 기기 종류를 알 필요 없음 · 전체 시스템을 일관성 있게 설계 · 네트워크의 이해·유지·수정이 용이

 

📖 분산 시스템의 핵심 목표 — 투명성(Transparency)
사용자가 자원의 물리적 위치를 알 필요가 없는 위치 투명성, 자원이 여러 곳에 복제되어 있어도 알 필요가 없는 복제 투명성 등을 제공하여, 네트워크로 연결된 여러 대의 컴퓨터를 마치 한 대의 컴퓨터처럼 사용하게 만드는 것이 분산 운영체제의 궁극적인 목표입니다. 강의노트에서 "사용자가 기기 종류를 알 필요 없다"고 설명한 특성이 바로 이 투명성을 의미합니다.

 

 

 

 

04 클라이언트/서버 시스템과 P2P

요청하는 쪽과 처리하는 쪽, 그리고 동등한 참여자들

 

📖 클라이언트/서버 시스템이란
모든 컴퓨터가 동일한 지위를 갖지 않고, 작업을 요청하는 클라이언트와 요청 받은 작업을 처리하는 서버의 이중 구조입니다. 서버는 멈추지 않고 계속 작동해 클라이언트의 요청을 처리하는데, 이렇게 멈추지 않고 계속 작동하는 프로그램을 데몬(daemon)이라고 합니다. 웹 시스템에서 사용하는 데몬은 HTTP 데몬(웹 데몬)이라고 부릅니다.

 

웹 요청 처리 과정 4단계

 

단계	내용
01	클라이언트가 웹 브라우저에 서버 주소를 입력
02	웹 브라우저는 HTTP를 이용해 서버의 HTML을 요청
03	서버는 클라이언트의 요청을 처리한 후 결과를 전달
04	결과가 클라이언트에 도착하면 웹 브라우저에 내용 출력

 

CGI · 미들웨어 · 가상머신

 

기술	설명
CGI	웹 화면에 동적 데이터를 HTML에 삽입하기 위해 개발. 데이터베이스와 웹 서버의 연결에 사용. 대표 형태: ASP(윈도우/IIS), PHP(유닉스/아파치), JSP(운영체제 무관)
미들웨어	양쪽을 연결해 데이터를 주고받을 수 있도록 중간에서 매개하는 소프트웨어. 서로 다른 기종의 서버를 묶는 데 사용. 현대 웹 아키텍처에서는 데이터베이스와 웹 서버 사이의 동적 처리를 담당하는 WAS(Web Application Server)가 대표적인 미들웨어 — 예: Tomcat
가상머신 (JVM)	운영체제와 응용 프로그램 사이에 존재하는 미들웨어. 자바 가상머신(JVM)을 설치하면 어떤 OS에서도 자바 프로그램을 실행 가능

 

P2P 시스템 — 비구조적 vs 구조적

 

미국의 숀 패닝이 서버 부하를 줄이고 일부 컴퓨터가 고장나도 서비스를 지속하는 시스템을 설계한 것이 P2P 시스템의 출발입니다.

 

비구조적 P2P · 전체 노드 정보는 서버가 중앙 관리, 실제 전송은 말단 노드 간 직접 · 전송하는 쪽이 종료하면 받는 쪽이 다운로드 불가 · 대용량 파일(동영상)에서 심각한 문제 → 단일 장애점 문제

구조적 P2P · 각 노드가 부분적인 네트워크 정보만 유지 · 특정 파일의 소유자 정보를 여러 노드가 공유 · 한 노드가 사라져도 공유 지속 · 대표 프로그램 : 토렌트(Torrent)

 

 

 

 

 

05 보안 운영체제의 개념

운영체제 안에 보안 커널을 심다

 

📖 보안 운영체제(Secure OS)란
운영체제에 내재된 결함으로 발생할 수 있는 각종 해킹으로부터 보호하기 위해 보안 기능이 통합된 보안 커널을 추가로 이식한 운영체제입니다. 이러한 보안 운영체제를 탑재한 컴퓨터를 신뢰 시스템(Trusted System)이라고 합니다.

 

✓ 보안 운영체제의 주요 특징
· 방화벽이나 침입 탐지 시스템으로 막지 못한 외부 공격을 서버 운영체제에서 직접 차단·탐지
· 내부 사용자 보안을 강력하게 유지
· 커널의 참조 모니터 모듈을 이용해 파일·디렉터리·디바이스 액세스 시 승인/거절 수행
· 시스템 사용자 식별·인증·강제 액세스 제어·감사 추적·침입 탐지 등 강력한 보안 기능 포함

 

⚠️ 보안 운영체제의 침입 탐지 기능
위협 모니터링을 추가해 끊임없는 보안 위반을 탐지하고 의심스러운 행동도 검사합니다. 암호를 일정 횟수 이상 잘못 입력하면 액세스를 자동 제한하고, 감사 로그를 운영체제 내부에 구현해 프로세스 단위의 상세한 액세스 연산을 기록·차단합니다.

 

 

 

 

06 보안 운영체제의 4대 기능

영역 분리·강제 액세스 제어·신뢰 경로·참조 모니터

 

기능	설명
① 영역 분리	응용 프로그램이나 사용자 역할에 따라 액세스 가능한 정보 영역과 제어 권한을 제한. 루트 사용자라도 보안 OS가 정의하지 않은 작업은 수행 불가
② 강제적 액세스 제어 (MAC, Mandatory Access Control)	사용자/프로세스가 객체에 액세스할 때 신분·규칙으로 제어. 사용자와 객체에 보안 등급을 할당하고 커널 단계에서 강제 제어. 시스템 과부하 감소 효과. ※ MAC vs DAC : 데이터 소유자가 자신의 판단으로 권한을 부여하는 방식이 임의적 접근 제어(DAC, Discretionary AC)이고, MAC은 시스템(보안 관리자)이 부여한 보안 등급을 통해서만 접근을 강제 통제하므로 훨씬 강력한 보안을 제공합니다.
③ 신뢰할 수 있는 경로 (보호된 경로)	소프트웨어와 함께 동작하는 사용자를 허가하는 기능. 사용자의 신뢰할 수 있는 소프트웨어를 속이는 악의적인 응용 프로그램을 차단
④ 참조 모니터	보안 운영체제의 가장 중요한 부분으로, 객체의 모든 액세스를 제어하는 추상적인 장치. 주변기기·파일·메모리·프로세스 간 통신 등 모든 자원 액세스 제어

 

 

📖 영역 분리 예시
· 해커가 웹 서버 공격에 성공했더라도 웹 서버와 무관한 데이터베이스 영역에 액세스하는 것을 제한
· 프로세스가 부여된 최소한의 권한만 수행하도록 통제하여 피해를 최소화
· 웹 서버 관련 프로세스는 자신이 사용하는 파일 외에 이메일 관련 파일을 수정할 수 없도록 차단

 

⚠️ 참조 모니터의 3가지 요구사항
· 액세스 제어 방법은 변조가 불가능해야 함 (부정행위 방지)
· 모든 자원에서 발생하는 액세스 요청에 항상 수행해야 함
· 다른 보안 방법과 상호 데이터를 교환하므로 분석·시험이 쉽도록 작아야 과부하 감소

 

 

 

 

📌 핵심 정리

· 통신 방향 : 단방향(simplex, 라디오) · 양방향(duplex, 전화) · 반양방향(half duplex, 무전기)
· 무선망 발전 : 1세대(아날로그) → 2세대(디지털) → 3세대(인터넷+음성) → 4세대(스마트폰·데이터 폭증) → 5세대(초고속)
· 네트워크 구성 : 강결합(공유 메모리, 속도 빠름, 장애 전파) vs 약결합(독립, 느림, 장애 격리) — 오늘날 인터넷은 약결합
· LAN 토폴로지 : 스타형(중앙 허브) · 링형(원형) · 버스형(중앙 버스). LAN ↔ WAN(국가 간)
· 분산 시스템 : 약결합 기반. 자원 공유·분산 처리·속도 향상·장애 복구가 장점
· 투명성(Transparency) : 분산 운영체제의 핵심 목표 — 위치/복제 투명성으로 여러 대의 컴퓨터를 한 대처럼 사용하게 함
· 클라이언트/서버 : 요청(클라이언트) + 처리(서버). 서버는 데몬이 상시 대기(HTTP 데몬 = 웹 데몬)
· CGI : 동적 웹 구현 — ASP(윈도우) · PHP(유닉스/아파치) · JSP(OS 무관)
· 미들웨어 : 서로 다른 기종 서버를 연결. WAS(예: Tomcat)가 대표적 미들웨어. 가상머신(JVM)은 OS 무관 실행을 가능하게 하는 미들웨어
· P2P : 비구조적(서버가 노드 정보 중앙 관리, 단일 장애점) vs 구조적(분산 관리, 토렌트)
· 보안 운영체제 : 보안 커널을 추가한 OS → 신뢰 시스템. 4대 기능: 영역 분리 · MAC(강제적 액세스 제어) · 신뢰할 수 있는 경로 · 참조 모니터(가장 핵심)
· MAC vs DAC : MAC(보안 등급 기반, 시스템 강제 통제) vs DAC(소유자 판단으로 권한 부여) — MAC이 훨씬 강력

 

 

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