GSM 완전 가이드: 알아야 할 모든 것

모바일 휴대폰이 어떻게 수 마일 떨어진 사람들과 마법처럼 연결해주는지 궁금했던 적이 있나요? 오늘날 우리가 사용하는 초고속 인터넷 훨씬 이전에는 이 모든 것을 시작한 획기적인 기술이 있었습니다. 이 기술은 전 세계 수십억 명의 사람들이 서로 통화하고 문자를 주고받을 수 있도록 도왔습니다. 바로 GSM에 대해 이야기하는 것입니다. 하지만 GSM은 정말 무엇이며 왜 그렇게 중요했을까요?

오늘날 우리가 알고 있는 모바일 세계의 기반을 다진 기술에 대한 간단한 이야기를 발견할 준비를 하세요! 이 가이드는 GSM에 대해 이해해야 할 모든 것을 쉬운 용어로 안내할 것입니다.

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GSM이란 무엇인가?

GSM은 Global System for Mobile Communications의 약자입니다. 기본적으로 디지털 표준, 즉 휴대폰과 네트워크가 서로 통신하는 데 사용하는 일련의 규칙과 기술입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 디지털: 오래된 아날로그 시스템(흐릿한 라디오처럼)과 달리, GSM은 디지털 신호를 사용합니다. 이는 통화 품질이 더 깨끗하고 잡음이 적다는 것을 의미합니다.

• 통화 및 문자: GSM은 주로 음성 통화와 간단한 문자 메시지(SMS - Short Message Service)를 위해 설계되었습니다.

• SIM 카드: GSM의 가장 잘 알려진 특징 중 하나는 SIM (가입자 식별 모듈) 카드입니다. 이 작은 칩에는 계정 정보가 저장됩니다. SIM 카드를 다른 GSM 휴대폰에 삽입하면 전화번호와 서비스 요금제가 함께 이동합니다.

• 글로벌 표준: 유럽, 아시아, 아프리카 및 기타 여러 지역에서 가장 널리 채택된 모바일 표준이 되었습니다.

붐비는 고속도로를 상상해 보세요. 차들이 충돌하지 않고 어떻게 많은 차를 수용할까요? GSM은 TDMA(Time Division Multiple Access)라는 시스템을 사용합니다. 네트워크에 사용 가능한 무선 주파수(고속도로)를 생각해보세요. TDMA는 이 주파수를 작은 시간 슬롯으로 나눕니다. 각 전화 통화는 해당 주파수에서 ‘말할’ 수 있는 자체 작은 시간 조각을 얻습니다. 너무 빠르게 발생하여 사용자에게는 연속적인 대화처럼 들립니다. 마치 많은 사람들이 같은 라디오 채널에서 빠르게 차례대로 말하는 것과 같습니다.

GSM은 또한 특정 주파수 대역에서 작동하는데, 이는 정부가 모바일 사용을 위해 할당한 전용 라디오 채널과 같습니다. 전 세계 여러 지역에서 흔히 사용되는 GSM 대역은 900 MHz 및 1800 MHz이며, 주로 미주 지역에서는 850 MHz 및 1900 MHz입니다. 휴대폰은 해당 지역 또는 여행할 지역에서 사용되는 대역을 지원해야 합니다.

 

GSM의 진화

휴대폰은 오늘날처럼 항상 스마트하거나 연결되어 있지는 않았습니다. GSM은 우리가 여기까지 오는데 큰 역할을 했습니다. 그 여정을 살펴보겠습니다.

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초기 모바일 네트워크

1980년대 GSM 이전에는 유럽에 다양한 아날로그 모바일 휴대폰 시스템(종종 1G, 또는 1세대라고 불림)이 뒤섞여 있었습니다. 한 국가의 휴대폰은 다른 국가에서는 작동하지 않았습니다. 통화 품질은 그리 좋지 않았고 보안도 취약했습니다. 혼란스럽고 제한적이었습니다.

유럽 국가들은 모바일 통신을 개선하고 사람들이 국경을 넘어 휴대폰을 사용할 수 있도록 단일의 통합된 표준이 필요하다는 것을 깨달았습니다. 그것이 바로 GSM이 탄생한 이유입니다 – 누구나 사용할 수 있는 글로벌 시스템을 만들기 위함입니다. 처음부터 디지털로 설계되어 더 나은 품질과 보안을 제공했습니다.

주요 이정표 (2G, GPRS, EDGE 및 UMTS)

• GSM (2G - 2세대): 이것이 우리가 논의해 온 원래 표준입니다. 1990년대 초에 출시되었으며 디지털 음성 통화 및 SMS 문자 메시지에 중점을 두었습니다. 1G에 비해 엄청난 개선이었습니다.

• GPRS (General Packet Radio Service): 종종 "2.5G"라고 불리며, GPRS는 GSM 네트워크의 업그레이드였습니다. “항상 켜져 있는” 데이터 연결을 허용했지만, 속도는 매우 느렸습니다(매우 기본적인 모바일 웹 브라우징 또는 이메일 수준).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): 또 다른 업그레이드로, 때때로 "2.75G"라고 불립니다. EDGE는 GPRS보다 더 빠른 데이터 속도를 제공하여 모바일 인터넷을 조금 더 사용할 수 있게 만들었지만, 여전히 지금 우리가 가진 것보다 훨씬 느렸습니다.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): 이것은 3G (3세대)의 시작을 알렸습니다. 기술적으로는 다른 기술 시스템이지만, UMTS는 GSM의 진화 경로로 설계되었습니다. 훨씬 빠른 데이터 속도를 제공하여 화상 통화 및 더 나은 모바일 인터넷을 가능하게 했습니다. 많은 3G 네트워크는 GSM에 의해 구축된 핵심 인프라 위에 구축되었습니다.

GSM이 무엇인지 이해하는 것은 이러한 후기 기술이 어떻게 그 성공을 기반으로 구축되었는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

 

GSM에서 최신 네트워크로의 전환 (4G LTE 및 5G)

스트리밍, 앱, 소셜 미디어 등 데이터에 대한 우리의 요구가 커짐에 따라 3G조차 충분히 빠르지 않았습니다. 이는 4G LTE (Long-Term Evolution) 및 현재 5G (5세대) 네트워크 개발로 이어졌습니다. 이러한 기술은 GSM과 매우 다르게, 더 발전된 기술(나중에 논의할 OFDMA와 같은)을 사용하여 믿을 수 없을 정도로 빠른 속도를 제공하고 훨씬 더 많은 연결된 장치를 동시에 지원합니다.

모바일 네트워크가 GSM에서 강력한 4G LTE 및 5G 기술로 진화함에 따라, 우리가 연결하는 방식도 변화했습니다. eSIM (내장형 SIM)은 이러한 진화의 다음 이정표를 나타내며, 물리적인 SIM 카드 필요성을 없애고 더 부드럽고, 더 빠르며, 더 유연한 연결 방식을 제공합니다. GSM이 모바일 통신의 기반을 다진 것처럼, eSIM은 미래를 형성하고 있습니다.

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GSM 네트워크 구조

GSM 네트워크는 휴대폰과 기지국 타워만 있는 것이 아닙니다. 함께 작동하는 여러 핵심 부분으로 구성된 복잡한 시스템입니다. 간단하게 살펴보겠습니다.

• 모바일 기기 (이동국 - MS): 이것은 휴대폰, 태블릿 또는 네트워크에 연결되는 모든 장치입니다. 여기서 중요한 부분은 사용자를(가입자) 네트워크에 식별하는 SIM 카드입니다. 유효한 SIM 카드 없이는 휴대폰이 보통 긴급 통화만 할 수 있습니다.

• 기지국 하위 시스템 (BSS): 이 부분은 휴대폰을 무선으로 주 네트워크에 연결합니다. 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다:

  • 기지국 송수신 장치 (BTS): 이것이 여러분이 어디에서나 볼 수 있는 기지국 타워입니다. 휴대폰과 직접 신호를 송수신하는 라디오와 안테나를 포함합니다. 각 타워는 '셀’이라고 불리는 특정 영역을 커버합니다.
  • 기지국 제어기 (BSC): 이것을 여러 기지국 타워(BTS)의 관리자라고 생각하세요. 채널 할당(주파수 및 시간 슬롯 할당) 및 '핸드오버’와 같은 것을 제어합니다 – 이동 중에 통화가 끊기지 않고 휴대폰이 하나의 타워에서 다른 타워로 원활하게 전환될 때 발생합니다.

• 네트워크 교환 하위 시스템 (NSS): 이것은 GSM 네트워크의 ‘두뇌’ 또는 핵심입니다. 통화, 메시지를 관리하고 사용자 위치를 추적합니다. 주요 부분은 다음과 같습니다:

  • 이동 교환국 (MSC): 중앙 조정 요소입니다. 통화를 올바른 장소(다른 휴대폰 또는 일반 유선 전화 네트워크)로 라우팅하고, 메시징 서비스(SMS)를 처리하며, 데이터베이스와 통신하여 가입자 정보를 확인합니다.
  • 본인 위치 등록기 (HLR): 해당 네트워크 사업자의 모든 가입자에 대한 정보를 영구적으로 저장하는 대규모 데이터베이스로, 서비스, 권한 및 일반적인 위치를 포함합니다.
  • 방문 위치 등록기 (VLR): MSC와 관련된 임시 데이터베이스입니다. 특정 MSC가 서비스하는 영역으로 여행할 때, VLR은 HLR에서 가져온 사용자의 정보 임시 사본을 저장합니다. 이것은 MSC가 주 HLR을 계속 확인하지 않고 로컬에서 사용자의 통화를 처리하는 데 도움이 됩니다.

• 운영 및 지원 하위 시스템 (OSS): 이것은 전체 네트워크를 관리하는 배후의 부분입니다. 네트워크 모니터링(모든 것이 제대로 작동하는지 확인), 유지 보수, 소프트웨어 업데이트, 네트워크 구성, 장애 감지 및 보안 관리를 처리합니다. 네트워크가 원활하고 안정적으로 실행되도록 보장합니다.

따라서 전화를 걸 때, 휴대폰(MS)은 가장 가까운 기지국 타워(BTS)와 통신하며, 이는 BSC에 의해 관리됩니다. BSC는 NSS의 MSC에 연결됩니다. MSC는 VLR/HLR을 확인하여 가입을 확인한 후 통화를 목적지로 라우팅합니다. 목적지는 다른 모바일 사용자(해당 네트워크 부분을 통과)이거나 유선 전화 사용자일 수 있습니다.

 

GSM의 기능 및 장점

GSM은 여러 가지 좋은 이유로 매우 인기가 많았습니다. 다음은 주요 이점 중 일부입니다:

• 국제 로밍: 이것이 아마도 GSM의 가장 큰 장점이었을 것입니다. 많은 국가에서 GSM 표준을 채택했기 때문에 네트워크 사업자는 고객이 해외 여행 중 다른 GSM 네트워크에서 휴대폰을 사용할 수 있도록 계약을 맺을 수 있었습니다. 이는 모바일 사용자에게 국제 여행을 훨씬 쉽게 만들었습니다.

• SIM 카드 유연성: 작고 분리 가능한 SIM 카드는 훌륭한 아이디어였습니다. 고유한 가입자 정보를 저장합니다. 즉, SIM 카드를 이동하는 것만으로 휴대폰 번호와 서비스 요금제를 새 GSM 휴대폰으로 쉽게 전환할 수 있습니다. 다른 시스템처럼 특정 장치에 묶여 있지 않았습니다.

• (당시 기준) 보안 통신: 오래된 아날로그 시스템에 비해 GSM은 향상된 보안을 제공했습니다. 디지털 암호화를 사용하여 통화를 스크램블링하여 일반적인 도청자가 통화를 듣기 어렵게 만들었습니다. 오늘날의 표준으로 완벽하지는 않지만, 상당한 발전이었습니다.

• 광범위한 채택: GSM은 전 세계적으로 대규모를 달성했습니다. 유럽, 아시아, 아프리카, 오세아니아에서 지배적인 표준이 되었고, 미주 지역에서도 널리 사용되었습니다. 이 거대한 사용자 기반은 규모의 경제를 창출하여 휴대폰 및 네트워크 장비를 더 저렴하고 더 쉽게 이용할 수 있게 만들었습니다.

• 초기 IoT 기기와의 호환성: GSM의 단순성과 광범위한 커버리지(특히 기본 데이터용 GPRS 사용 시)는 초기 M2M(기기 간 통신) 및 IoT(사물 인터넷) 기기에 적합했습니다. 스마트 미터가 측정값을 전송하거나, 자판기가 재고를 보고하거나, 기본적인 차량 추적 시스템과 같은 것들을 생각해보세요.

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GSM vs. CDMA vs. LTE: 주요 차이점

GSM만이 유일한 모바일 기술은 아니었습니다. 세계 일부 지역, 특히 북미와 아시아 일부 지역에서는 CDMA라는 또 다른 2G/3G 기술도 인기가 있었습니다. 그리고 오늘날에는 LTE(4G) 및 5G가 지배적인 표준입니다. 다음은 간단한 비교입니다:

 

GSM의 보안

1980년대 후반 GSM이 설계될 때 보안은 고려 사항이었으며, 특히 쉽게 스캔 가능한 아날로그 네트워크에 비하면 더욱 그랬습니다.

GSM은 음성 통화를 보호하기 위해 암호화를 도입했습니다. 사용된 주요 알고리즘은 A5/1이었고 나중에는 A5/2였습니다. 이러한 알고리즘은 휴대폰과 기지국 타워 간의 대화를 스크램블링하여 간단한 라디오 스캐너로 도청하기 어렵게 만들었습니다. 인증 프로세스도 SIM 카드를 네트워크로 확인하는 데 사용되어 복제를 방지하는 데 도움이 되었습니다(완벽하지는 않았지만).

취약점 및 보안 문제

개선이 있었음에도 불구하고 GSM 보안은 특히 현대 표준에 비하면 완벽하지 않았습니다.

• 약한 암호화: A5/1 알고리즘은 나중에 충분한 컴퓨팅 성능으로 잠재적으로 깨질 수 있는 약점이 발견되었습니다. A5/2는 훨씬 더 약했으며 정부에 의해 쉽게 해독될 수 있도록 의도적으로 설계되었습니다.

• 기지국-네트워크 연결: 종종 암호화는 휴대폰과 기지국 타워(BTS) 사이에만 적용되었습니다. 타워에서 핵심 네트워크로의 연결은 항상 암호화되지 않아 잠재적인 취약점을 만들었습니다.

• IMSI 캐처: “IMSI 캐처” 또는 "스팅레이"로 알려진 장치는 합법적인 기지국 타워인 것처럼 속여 휴대폰이 자신에게 연결되도록 유도할 수 있습니다. 이를 통해 공격자는 통화/문자를 가로채거나 사용자의 위치를 추적할 수 있습니다.

• (원래 사양의) 상호 인증 부재: 처음에는 네트워크만 휴대폰/SIM을 인증했습니다. 휴대폰은 네트워크를 항상 인증하지 않아 가짜 타워 공격에 취약했습니다.

최신 GSM 네트워크는 보호되는가?

GSM 자체가 오래된 기술이라는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 일부 기본적인 GSM 서비스가 여전히 작동할 수 있지만, 오늘날 대부분의 음성 및 데이터 트래픽은 3G, 4G(LTE) 및 5G 네트워크를 통해 실행됩니다. 이러한 최신 표준은 훨씬 강력한 보안 기능을 갖추고 있습니다:

• 더 강력한 암호화: 4G/5G에서는 AES와 같은 알고리즘이 사용되며, 이는 훨씬 더 견고합니다.

• 상호 인증: 장치와 네트워크 모두 서로를 인증하여 가짜 타워 공격을 더 어렵게 만듭니다.

• 종단 간 보안: 네트워크 코어까지 통신을 더욱 안전하게 보호하기 위한 노력이 이루어지고 있습니다.

• 정기적인 업데이트: 보안 프로토콜은 지속적으로 검토되고 업데이트됩니다.

따라서 GSM에는 알려진 보안 결함이 있었지만, 대부분의 사람들이 매일 사용하는 네트워크(4G/5G)는 훨씬 더 나은 보호를 제공합니다.

 

GSM의 한계

성공에도 불구하고 GSM은 기술이 발전함에 따라 몇 가지 단점이 있었습니다:

• 간섭 문제: 무선 전파 기반이기 때문에 GSM 신호는 건물, 언덕 또는 심지어 나쁜 날씨와 같은 물리적 장애물에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이는 특정 지역에서 통화 끊김 또는 신호 품질 저하를 유발할 수 있습니다. 다른 장치에서 발생하는 전기적 간섭도 때때로 문제를 일으킬 수 있습니다.

• 제한된 데이터 속도: 이것은 오늘날 표준에 비해 GSM의 가장 큰 한계입니다. GPRS 및 EDGE 업그레이드가 데이터 기능을 추가했지만, 속도는 3G, 4G 또는 5G에 비하면 매우 느렸습니다. 순수 2G GSM 연결에서는 비디오 스트리밍 또는 복잡한 앱 사용이 단순히 불가능했습니다. GSM이 본질적으로 무엇을 의미하는지 이해하는 것은 음성 통신을 우선하고 데이터 통신을 나중에 고려하여 설계되었음을 인식하는 것입니다.

• 약한 신호 영역에서 중계기 필요성: 큰 건물 내부 또는 외딴 시골 지역과 같이 자연적인 커버리지가 부족한 지역에서는 GSM 신호를 증폭하고 서비스를 사용할 수 있게 만들기 위해 종종 신호 부스터 또는 중계기가 필요했습니다. 이것은 모든 곳에서 커버리지를 보장하는 데 복잡성과 비용을 추가했습니다.

• 용량 제한: TDMA 구조는 영리했지만, 특정 지역에서 주파수를 공유할 수 있는 사용자 수에는 한계가 있었습니다. 인구 밀도가 매우 높은 지역에서는 피크 시간 동안 네트워크가 때때로 혼잡해질 수 있었습니다.

이러한 한계는 특히 데이터 속도 및 용량과 관련하여 이러한 문제를 극복하도록 설계된 3G, 4G 및 5G로의 진화 필요성을 이끌었습니다.

 

미국 및 글로벌 GSM 사용 현황

역사적으로 미국에서는 AT&T와 T-Mobile이 주요 GSM 통신사였습니다. 그러나 이는 빠르게 변화하고 있습니다. 전 세계의 다른 통신사와 마찬가지로 두 통신사 모두 오래된 2G(GSM) 및 3G 네트워크를 종료하는 과정에 있습니다. 더 빠르고 효율적인 4G LTE 및 5G 네트워크를 구축하기 위해 이러한 오래된 기술이 사용하던 무선 주파수 공간(스펙트럼)이 필요합니다. 특정 M2M/IoT 사용 또는 임시 로밍 계약을 위해 최소한의 GSM 기능이 남아 있을 수 있지만, 소비자의 적극적인 사용은 사라지고 있습니다. 미국에서는 소비자 중심의 GSM 네트워크가 사실상 사라졌거나 곧 사라질 것이라고 가정하는 것이 가장 좋습니다.

미국 상황은 글로벌 트렌드를 반영합니다. 유럽, 아시아 및 호주 전역의 국가들도 2G 및 3G 네트워크를 적극적으로 종료하고 있습니다. 타임라인은 국가 및 통신사별로 다르며, 일부는 이미 종료를 완료했고 다른 일부는 향후 몇 년 동안 계획하고 있습니다.

이유는 일관적입니다: 소중한 스펙트럼을 4G/5G에 재할당하고, 오래된 네트워크 유지 보수 비용을 절감하며, 사용자들이 더 현대적이고 효율적인 기술을 사용하도록 장려하기 위함입니다.

지난 5-7년 이내에 만들어진 스마트폰을 사용하는 대부분의 사람들은 이 종료가 직접적으로 영향을 미치지 않을 것입니다. 최신 휴대폰은 주로 4G LTE 및 5G를 사용합니다. 그러나 GSM 네트워크가 종료될 경우 다음을 수행해야 합니다.
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• 휴대폰 확인: 매우 오래된 휴대폰(10년 이상 된 기본 피처폰일 수 있음)이 있다면 2G/3G만 지원할 수 있습니다. 해당 지역에서 해당 네트워크가 종료되면 해당 휴대폰은 서비스를 잃게 됩니다(잠재적으로 긴급 통화는 제외). 4G LTE(이상적으로는 VoLTE – Voice over LTE) 또는 5G를 지원하는 휴대폰으로 업그레이드해야 합니다.

• IoT 기기 확인: 일부 오래된 스마트 홈 기기, 알람 시스템 또는 차량 추적기는 2G/3G 네트워크에 의존할 수 있습니다. 이러한 기기 사용자는 서비스 제공업체 또는 제조업체에 업그레이드 옵션 또는 잠재적인 서비스 손실에 대해 문의해야 할 수 있습니다.

• 여행객: 국제 로밍은 GSM의 강점이었지만, 네트워크가 전 세계적으로 종료됨에 따라 로밍을 위해 2G/3G에만 의존하는 것은 덜 실용적입니다. 여러 4G/5G 대역을 지원하는 최신 휴대폰은 안정적인 국제 연결에 필수적입니다.

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