[정보처리기사] 4과목 프로그래밍 언어 활용 : 3장. 응용 SW 기초 기술 활용

1. 운영체제의 개념 ***
2. Windows
3. UNIX / LINUX / MacOS ***
4. 기억장치 관리의 개요 ***
5. 주기억장치 할당 기법
6. 가상기억장치 구현 기법 / 페이지 교체 알고리즘 ***
7. 가상기억장치 기타 관리 사항 ***
8. 프로세스의 개요 ***
9. 스케줄링
10. 환경변수
11. 운영체제 기본 명령어
12. 인터넷 ***
13. OSI 참조 모델 ***
14. 네트워크 관련 장비
15. 프로토콜의 개념
16. TCP / IP ***

 

 

1. 운영체제의 개념 ***

 

운영체제의 정의

- 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 여러 프로그램의 모임

- 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어의 일종으로, 다른 응용 프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경 제공

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운영체제의 목적

1) 처리 능력: 일정 시간 내에 시스템이 처리하는 일의 양

2) 반환 시간: 시스템에 작업을 의뢰한 시간부터 처리가 완료될 때까지 걸린 시간

3) 사용 가능도: 시스템을 사용할 필요가 있을 떄 즉시 사용 가능한 정도

4) 신뢰도: 시스템이 주어진 문제를 정확하게 해결하는 정도

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운영체제의 기능

- 프로세서, 기억장치, 입출력장치, 파일 및 정보 등의 자원을 관리

- 자원을 효율적으로 관리하기 위해 자원의 스케줄링 기능을 제공

- 사용자와 시스템 간의 편리한 인터페이스를 제공

- 시스템의 각종 하드웨어와 네트워크를 관리, 제어

- 데이터를 관리하고, 데이터 및 자원의 공유 기능을 제공

- 시스템의 오류를 검사하고 복구

- 자원 보호 기능 제공

- 입출력에 대한 보조 기능 제공

- 가상 계산기 기능 제공

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운영체제의 주요 자원 관리

1) 프로세스 관리: 프로세스 스케줄링 및 동기화 관리, 프로세스 생성과 제거, 시작과 정지, 메시지 전달 등의 기능 담당

2) 기억장치 관리: 프로세스에게 메모리 할당 및 회수 관리 담당

3) 주변장치 관리: 입출력장치 스케줄링 및 전반적인 관리 담당

4) 파일 관리: 파일의 생성과 삭제, 변경, 유지 등의 관리 담당

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운영체제의 종류

- Windows, UNIX, LINUX, MacOS, MS-DOS

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2. Windows

 

Windows의 개요

- 1990년대 마이크로소프트 사가 개발한 운영체제

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Windows의 주요 특징

1) 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)

- 키보드로 명령어를 직접 입력하지 않고, 마우스로 아이콘이나 메뉴를 선택하여 모든 작업을 수행하는 방식

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2) 선점형 멀티태스킹

- 동시에 여러 개의 프로그램을 실행하는 멀티태스킹을 하면서 운영체제가 각 작업의 CPU 이용 시간을 제어하여 응용 프로그램 실행중 문제가 발생하면 해당 프로그램을 강제 종료시키고 모든 시스템 자원을 반환하는 방식

- 하나의 응용 프로그램이 CPU를 독점하는 것을 방지할 수 있어 시스템 다운 현상 없이 더욱 안정적인 작업을 할 수 있음

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3) PnP (Plug and Play)

- 컴퓨터 시스템에 프린터나 사운드 카드 등의 하드웨어를 설치했을 때, 해당 하드웨어를 사용하는데 필요한 시스템 환경을 운영체제가 자동으로 구성해주는 기능

- 운영체제가 하드웨어의 규격을 자동으로 인식하여 동작하게 해주므로 PC 주변장치를 연결할 때 사용자가 직접 환경을 설정하지 않아도 됨

- PnP 기능을 활용하기 위해서는 하드웨어와 소프트웨어 모두 PnP를 지원하여야 함

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4) OLE (Object Linking and Embedding)

- 다른 여러 응용 프로그램에서 작성된 문자나 그림 등의 개체를 현재 작성 중인 문서에 자유롭게 연결하거나 삽입하여 편집할 수 있게 하는 기능

- OLE로 연결된 이미지를 원본 프로그램에서 수정하거나 편집하면 그 내용이 그대로 해당 문서에 반영됨

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5) 255자의 긴 파일명

- 파일 이름을 지정할 때 VFAT를 이용하여 최대 255자까지 지정할 수 있음

- 한글의 경우 최대 127자까지 지정할 수 있음

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6) Single-User 시스템

- 컴퓨터 한 대를 한 사람만이 독점해서 사용함

 

 

3. UNIX / LINUX / MaxOS ***

 

UNIX의 개요 및 특징

- 1960년대 AT&T 벨 연구소, MIT, General Electric이 공동 개발한 운영체제

- 시분할 시스템을 위해 설계된 대화식 운영체제로, 소스가 공개된 개방형 시스템

- 대부분 C언어로 작성되어 있어 이식성이 높으며 장치, 프로세스 간의 호환성이 높음

- 크기가 작고 이해하기 쉬움

- Multi-user, Multi-Tasking을 지원함

- 많은 네트워킹 기능을 제공하므로 통신망 관리용 운영체제로 적합함

- 트리 구조의 파일 시스템을 가짐

- 전문적인 프로그램 개발에 용이

- 다양한 유틸리티 프로그램이 존재함

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UNIX 시스템의 구성

1) 커널

- UNIX의 가장 핵심적인 부분

- 컴퓨터가 부팅될 때 주기억장치에 적재된 후 상주하면서 실행됨

- 하드웨어를 보호하고, 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 담당함

- 프로세스 관리, 기억장치 관리, 파일 관리, 입출력 관리, 프로세스간 통신, 데이터 전송 및 변환 등 여러 가지 기능을 수행함

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2) 쉘

- 사용자의 명령어를 인식하여 프로그램을 호출하고 명령을 수행하는 명령어 해석기

- 시스템과 사용자 간의 인터페이스를 담당함

- 주기억장치에 상주하지 않고, 명령어가 포함된 파일 형태로 존재하며 보조기억장치에서 교체 처리가 가능함

- 파이프라인 기능을 지원하고 입출력 재지정을 통해 출력과 입력의 방향을 변경할 수 있음

- 공용 쉘이나 사용자 자신이 만든 쉘을 사용할 수 있음

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3) 유틸리티 프로그램

- 일반 사용자가 작성한 응용 프로그램을 처리하는데 사용함

- DOS에서 외부 명령어에 해당됨

- 유틸리티 프로그램에는 에디터, 컴파일러, 인터프리터, 디버거 등이 있음

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UNIX에서 프로세스 간 통신

- 각 프로세스는 시스템 호출을 통해 커널의 기능을 사용함

- 시그널: 간단한 메시지를 이용하여 통신하는 것으로 초기 UNIX 시스템에서 사용됨

- 파이프: 한 프로세스의 출력이 다른 프로세스의 입력으로 사용되는 단방향 통신 방식

- 소켓: 프로세스 사이의 대화를 가능하게 하는 쌍방향 통신 방식

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LINUX의 개요 및 특징

- 1991년 리누스 토발즈가 UNIX를 기반으로 개발한 운영체제

- 프로그램 소스 코드가 무료로 공개되어 있기 때문에 프로그래머가 원하는 기능을 추가할 수 있고, 다양한 플랫폼에 설치하여 사용이 가능하며, 재배포가 가능함

- UNIX와 완벽하게 호환됨

- 대부분 UNIX와 특징이 동일함

 

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MacOS의 개요 및 특징

- 1980년대 애플 사가 UNIX를 기반으로 개발한 운영체제

- 아이맥과 맥북 등 애플 사에서 생산하는 제품에서만 사용이 가능함

- 드라이버 설치 및 install과 uninstall 과정이 단순함

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4. 기억장치 관리의 개요 ***

 

기억장치 계층 구조의 특징

- 레지스터, 캐시 기억장치, 주기억장치, 보조기억장치를 다음과 같이 계층 구조로 분류할 수 있음

 

- 계층 구조에서 상위의 기억장치일수록 접근 속도와 접근 시간이 빠르지만, 기억 용량이 적고 고가임

- 주기억장치는 각기 자신의 주소를 갖는 워드 또는 바이트들로 구성되어 있으며, 주소를 이용하여 액세스할 수 있음

- 레지스터, 캐시 기억장치, 주기억장치의 프로그램과 데이터는 CPU가 직접 액세스할 수 있으나 보조기억장치에 있는 프로그램이나 데이터는 직접 액세스할 수 없음

- 보조기억장치에 있는 데이터는 주기억장치에 적재된 후 CPU에 의해 액세스될 수 있음

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기억장치의 관리 전략의 개요

- 보조기억장치의 프로그램이나 데이터를 주기억장치에 적재시키는 시기, 적재 위치 등을 지정하여 한정된 주기억장치의 공간을 효율적으로 사용하기 위한 것

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1) 반입 (Fetch) 전략

- 보조기억장치에 보관중인 프로그램이나 데이터를 언제 주기억장치로 적재할 것인지를 결정하는 전략

(1) 요구 반입: 실행중인 프로그램이 특정 프로그램이나 데이터 등의 참조를 요구할 때 적재하는 방법

(2) 예상 반입: 실행중인 프로그램에 의해 참조될 프로그램이나 데이터를 미리 예상하여 적재하는 방법

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2) 배치 (Placement) 전략

- 새로 반입되는 프로그램이나 데이터를 주기억장치의 어디에 위치시킬 것인지를 결정하는 전략

(1) 최초 적합 (First Fit): 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 첫 번째 분할 영역에 배치시키는 방법

(2) 최적 적합 (Best Fit): 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 단편화를 가장 작게 남기는 분할 영역에 배치시키는 방법

(3) 최악 적합 (Worst Fit): 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 단편화를 가장 많이 남기는 분할 영역에 배치시키는 방법

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3) 교체 (Replacement) 전략

- 주기억장치의 모든 영역이 이미 사용중인 상태에서 새로운 프로그램이나 데이터를 주기억장치에 배치하려고 할 때, 이미 사용되고 있는 영역 중에서 어느 영역을 교체하여 사용할 것인지를 결정하는 전략

- FIFO, OPT, LRU, LFU, NUR, SCR

 

 

5. 주기억장치 할당 기법

 

주기억장치 할당의 개념

- 프로그램이나 데이터를 실행시키기 위해 주기억장치에 어떻게 할당할 것인지에 대한 내용

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1. 연속 할당 기법

- 프로그램을 주기억장치에 연속으로 할당하는 기법

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1) 단일 분할 할당 기법

- 주기억장치를 운영체제 영역과 사용자 영역으로 나누어 한 순간에는 오직 한 명의 사용자만이 주기억장치의 사용자 영역을 사용하는 기법

- 가장 단순한 기법으로 초기의 운영체제에서 많이 사용하던 기법

- 운영체제를 보호하고, 프로그램이 사용자 영역만을 사용하기 위해 운영체제 영역과 사용자 영역을 구분하는 경계 레지스터가 사용됨

- 프로그램의 크기가 작을 경우 사용자 영역이 낭비될 수 있음

- 초기에는 주기억장치보다 큰 사용자 프로그램은 실행할 수 없었으나 오버레이 기법을 사용하면서 이 문제가 해결됨

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(1) 오버레이 기법

- 주기억장치보다 큰 사용자 프로그램을 실행하기 위한 기법

- 보조기억장치에 저장된 하나의 프로그램을 여러 개의 조각으로 분할한 후 필요한 조각을 차례로 주기억장치에 적재하여 프로그램을 실행함

- 프로그램이 실행되면서 주기억장치의 공간이 부족하면 주기억장치에 적재된 프로그램의 조각 중 불필요한 조각이 위치한 장소에 새로운 프로그램의 조각을 중첩하여 적재함

- 프로그램을 여러 개의 조각으로 분할하는 작업은 프로그래머가 수행해야 하므로 프로그래머는 시스템 구조나 프로그램 구조를 잘 알아야 함

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(2) 스와핑 기법

- 하나의 프로그램 전체를 주기억장치에 할당하여 사용하다 필요에 따라 다른 프로그램과 교체하는 기법

- 주기억장치에 있는 프로그램이 보조기억장치로 이동되는 것을 Swap out, 보조기억장치에 있는 프로그램이 주기억장치로 이동되는 것을 Swap in 이라고 함

- 하나의 사용자 프로그램이 완료될 때까지 교체 과정을 여러 번 수행할 수 있음

- 가상기억장치의 페이징 기법으로 발전됨

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2) 다중 분할 할당 기법

 

(1) 고정 분할 할당 기법 (정적 할당 기법)

- 프로그램을 할당하기 전에 운영체제가 주기억장치의 사용자 영역을 여러 개로 고정된 크기로 분할하고 준비상태 큐에서 준비중인 프로그램을 각 영역에 할당하여 수행하는 기법

- 프로그램을 실행하려면 프로그램 전체가 주기억장치에 위치해야 함

- 프로그램이 분할된 영역보다 커서 영역 안에 들어갈 수 없는 경우가 발생할 수 있음

- 일정한 크기의 분할 영역에 다양한 크기의 프로그램이 할당되므로 내부 단편화 및 외부 단편화가 발행하여 주기억장치의 낭비가 많음

- 실행할 프로그램의 크기를 미리 알고 있어야 함

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(2) 가변 분할 할당 기법 (동적 할당 기법)

- 고정 분할 할당 기법의 단편화를 줄이기 위한 것으로, 미리 주기억장치를 분할해 놓는 것이 아니라 프로그램을 주기억장치에 적재하면서 필요한 만큼의 크기로 영역을 분할하는 기법

- 주기억장치를 효율적으로 사용할 수 있으며, 다중 프로그래밍의 정도를 높일 수 있음

- 고정 분할 할당 기법에 비해 실행될 프로세스 크기에 대한 제약이 적음

- 단편화를 상당 부분 해결할 수 있으나 영역과 영역 사이에 단편화가 발생될 수 있음

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2. 분산 할당 기법

- 프로그램을 특정 단위의 조각으로 나누어 주기억장치 내에 분산하여 할당하는 기법

- 페이징 기법, 세그멘테이션 기법

 

 

 

6. 가상기억장치 구현 기법 / 페이지 교체 알고리즘 *** 

 

가상기억장치의 개요

- 보조기억장치의 일부를 주기억장치처럼 사용하는 것으로, 용량이 작은 주기억장치를 마치 큰 용량을 가진 것처럼 사용하는 기법

- 프로그램을 여러 개의 작은 블록 단위로 나누어서 가상기억장치에 보관해 놓고, 프로그램 실행 시 요구되는 블록만 주기억장치에 불연속적으로 할당하여 처리함

- 주기억장치의 용량보다 큰 프로그램을 실행하기 위해 사용함

- 주기억장치의 이용률과 다중 프로그래밍의 효율을 높일 수 있음

- 가상기억장치에 저장된 프로그램을 실행하려면 가상기억장치의 주소를 주기억장치의 주소로 바꾸는 주소 변환 작업이 필요함

- 블록 단위로 나누어 사용하므로 연속 할당 방식에서 발생할 수 있는 단편화를 해결할 수 있음

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1) 페이징 기법

- 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램과 주기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 나눠진 프로그램(페이지)을 동일하게 나눠진 주기억장치의 영역에 적재시켜 실행하는 기법

- 프로그램을 일정한 크기로 나눈 단위를 페이지라고 하고, 페이지 크기로 일정하게 나누어진 주기억장치의 단위를 페이지 프레임이라고 함

- 외부 단편화는 발생하지 않으나 내부 단편화는 발생할 수 있음

- 주소 변환을 위해서 페이지의 위치 정보를 가지고 있는 페이지 맵 테이블이 필요함

- 페이지 맵 테이블 사용으로 비용이 증가되고, 처리 속도가 감소됨

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2) 세그먼테이션 기법

- 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램을 다양한 크기의 논리적인 단위로 나눈 후 주기억장치에 적재시켜 실행시키는 기법

- 프로그램을 배열이나 함수 등과 같은 논리적인 크기로 나눈 단위를 세그먼트라고 하며, 각 세그먼트는 고유한 이름과 크기를 가짐

- 기억장치의 사용자 관점을 보존하는 기억장치 관리 기법

- 세그먼테이션 기법을 이용하는 궁극적인 이유는 기억공간을 절약하기 위해서임

- 주소 변환을 위해서 세그먼트가 존재하는 위치 정보를 가지고 있는 세그먼트 맵 테이블이 필요함

- 세그먼트가 주기억장치에 적재될 때 다른 세그먼트에게 할당된 영역을 침범할 수 없으며, 이를 위해 기억장치 보호키가 필요함

- 내부 단편화는 발생하지 않으나 외부 단편화는 발생할 수 있음

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페이지 교체 알고리즘

- 페이지 부재가 발생했을 때 가상기억장치의 필요한 페이지를 주기억장치에 적재해야 하는데, 이때 주기억장치의 모든 페이지 프레임이 사용중이면 어떤 페이지 프레임을 선택하여 교체할 것인지를 결정하는 기법

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1) OPT (최적 교체)

- 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지를 교체하는 기법

- 벨레이디가 제안한 것으로, 페이지 부재 횟수가 가장 적게 발생하는 가장 효율적인 알고리즘

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2) FIFO (First In First Out)

- 각 페이지가 주기억장치에 적재될 때마다 그때의 시간을 기억시켜 가장 먼저 들어와서 가장 오래 있었던 페이지를 교체하는 기법

3) LRU (Least Recently Used)

- 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체하는 기법

- 각 페이지마다 계수기나 스택을 두어 현 시점에서 가장 오랫동안 사용하지 않은, 즉 가장 오래 전에 사용된 페이지를 교체함

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4) LFU (Least Frequently Used)

- 사용 빈도가 가장 적은 페이지를 교체하는 기법

- 활발하게 사용되는 페이지는 사용 횟수가 많아 교체되지 않고 사용됨

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5) NUR (Not Used Recently)

- LRU와 비슷한 알고리즘으로, 최근에 사용하지 않은 페이지를 교체하는 기법

- 최근에 사용되지 않은 페이지는 향후에도 사용되지 않을 가능성이 높다는 것을 전제로, LRU에서 나타나는 시간적인 오버헤드를 줄일 수 있음

- 최근의 사용 여부를 확인하기 위해서 각 페이지마다 두 개의 비트, 즉 참조 비트와 변형 비트가 사용됨

- 교체 우선순위

6) SCR (Second Chance Replacement)

- 가장 오랫동안 주기억장치에 있던 페이지 중 자주 사용되는 페이지의 교체를 방지하기 위한 것으로, FIFO 기법의 단점을 보완하는 기법

 

 

7. 가상기억장치 기타 관리 사항 ***

 

페이지 크기

- 페이징 기법을 사용하면 프로그램을 페이지 단위로 나누게 되는데, 페이지의 크기에 따라 시스템에 미치는 영향이 다름

 

페이지 크기에 따른 특징

1) 페이지 크기가 작을 경우

- 페이지 단편화가 감소되고, 한 개의 페이지를 주기억장치로 이동하는 시간이 줄어듦

- 불필요한 내용이 주기억장치에 적재될 확률이 적으므로 효율적인 워킹 셋을 유지할 수 있음

- Locality에 더 일치할 수 있기 때문에 기억장치 효율이 높아짐

- 페이지 정보를 갖는 페이지 맵 테이블의 크기가 커지고, 매핑 속도가 늦어짐

- 디스크 접근 횟수가 많아져서 전체적인 입출력 시간은 늘어남

2) 페이지 크기가 클 경우

- 페이지 정보를 갖는 페이지 맵 테이블의 크기가 작아지고, 매핑 속도가 빨라짐

- 디스크 접근 횟수가 줄어들어 전체적인 입출력의 효율성이 증가됨

- 페이지 단편화가 증가되고, 한 개의 페이지를 주기억장치로 이동하는 시간이 늘어남

- 프로세스 수행에 불필요한 내용까지도 주기억장치에 적재될 수 있음

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Locality

- 프로세스가 실행되는 동안 주기억장치를 참조할 때 일부 페이지만 집중적으로 참조하는 성질이 있다는 이론

- 스래싱을 방지하기 위한 워킹 셋 이론의 기반이 됨

- 프로세스가 집중적으로 사용하는 페이지를 알아내는 방법 중 하나로, 가상기억장치 관리의 이론적인 근거가 됨

- 데닝 교수에 의해 구역성의 개념이 증명되었으며 캐시 메모리 시스템의 이론적 근거

1) 시간 구역성

- 프로세스가 실행되면서 하나의 페이지를 일정 시간동안 집중적으로 액세스하는 현상

- 한 번 참조한 페이지는 가까운 시간 내에 계속 참조할 가능성이 높음을 의미

- Loop, 스택, 부 프로그램, Counting, 집계에 사용되는 변수

2) 공간 구역성

- 프로세스 실행 시 일정 위치의 페이지를 집중적으로 액세스하는 현상

- 어느 하나의 페이지를 참조하면 그 근처의 페이지를 계속 참조할 가능성이 높음을 의미

- 배열 순회, 순차적 코드의 실행, 프로그래머들이 관련된 변수들을 서로 근처에 선언하여 할당되는 기억장소, 같은 영역에 있는 변수를 참조할 때 사용

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워킹 셋

- 프로세스가 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합

- 프로그램의 Locality 특징을 이용함

- 자주 참조되는 워킹 셋을 주기억장치에 상주시킴으로써 페이지 부재 및 페이지 교체 현상이 줄어들어 프로세스의 기억장치 사용이 안정됨

- 시간이 지남에 따라 자주 참조하는 페이지들의 집합이 변화하기 때문에 워킹 셋은 시간에 따라 변경됨

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페이지 부재 빈도 방식

- 프로세스 실행 시 참조할 페이지가 주기억장치에 없는 현상이며, 페이지 부재 빈도(PFF)는 페이지 부재가 일어나는 횟수

- 페이지 부재 빈도 방식은 페이지 부재율에 따라 주기억장치에 있는 페이지 프레임의 수를 늘리거나 줄여 페이지 부재율을 적정 수준으로 유지하는 방식

- 운영체제는 프로세스 실행 초기에 임의의 페이지 프레임을 할당하고, 페이지 부재율을 지속적으로 감시하고 있다가 부재율이 상한선을 넘어가면 좀더 많은 페이지 프레임을 할당하고, 부재율이 하한선을 넘어가면 페이지 프레임을 회수하는 방식을 사용

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프리페이징

- 처음의 과도한 페이지 부재를 방지하기 위해 필요할 것 같은 모든 페이지를 한꺼번에 페이지 프레임에 적재하는 기법

- 기억장치에 들어온 페이지들 중에서 사용되지 않는 페이지가 많을 수도 있음

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스래싱

- 프로세스의 처리 시간보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많아지는 현상

- 다중 프로그래밍 시스템이나 가상기억정치를 사용하는 시스템에서 하나의 프로세스 수행 과정중 자주 페이지 부재가 발생함으로써 나타나는 현상으로, 전체 시스템의 성능이 저하됨

- 다중 프로그래밍의 정도가 높아짐에 따라 CPU 이용률은 어느 특정 시점까지는 높아지지만, 다중 프로그래밍의 정도가 더욱 커지면 스래싱이 나타나고, CPU의 이용률은 급격히 감소함

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스레싱 현상 방지 방법

- 다중 프로그래밍의 정도를 적정 수준으로 유지

- 페이지 부재 빈도를 조절하여 사용

- 워킹 셋을 유지

- 부족한 자원을 증설하고, 일부 프로세스를 중단시킴

- CPU 성능에 대한 자료의 지속적 관리 및 분석으로 임계치를 예상하여 운영

 

 

8. 프로세스의 개요 ***

 

프로세스의 정의

- 일반적으로 프로세서에 의해 처리되는 사용자 프로그램, 시스템 프로그램, 즉 실행중인 프로그램을 의미하며, 작업, 태스크라고도 함

프로세스의 형태

- PCB를 가진 프로그램

- 실기억장치에 저장된 프로그램

- 프로세서가 할당되는 실체로서, 디스패치가 가능한 단위

- 프로시저가 활동중인 것

- 비동기적 행위를 일으키는 주체

- 지정된 결과를 얻기 위한 일련의 계통적 동작

- 목적 또는 결과에 따라 발생되는 사건들의 과정

- 운영체제가 관리하는 실행 단위

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PCB (Process Control Block)

- 운영체제가 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓는 곳으로, Task Control Block 또는 Job Control Block이라도고 함

- 각 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성되고, 프로세스가 완료되면 PCB는 제거됨

- PCB에 저장되는 정보

(1) 프로세스의 현재 상태: 준비, 대기, 실행 등의 프로세스 상태

(2) 포인터: 부모 프로세스에 대한 포인터, 자식 프로세스에 대한 포인터, 프로세스가 위치한 메모리에 대한 포인터, 할당된 자원에 대한 포인터

(3) 프로세스 고유 식별자: 프로세스를 구분할 수 있는 고유의 번호

(4) 스케줄링 및 프로세스의 우선순위: 스케줄링 정보 및 프로세스가 실행될 우선순위

(5) CPU 레지스터 정보: 누산기, 인덱스 레지스터, 범용 레지스터, 프로그램 카운터 등에 대한 정보

(6) 주기억장치 관리 정보: 기준 레지스터, 페이지 테이블에 대한 정보

(7) 입출력 상태 정보: 입출력장치, 개방된 파일 목록

(8) 계정 정보: CPU 사용 시간, 실제 사용 시간, 한정된 시간

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프로세스 상태 전이

- 프로세스가 시스템 내에 존재하는 동안 프로세스의 상태가 변하는 것을 의미

 

- 제출: 작업을 처리하기 위해 사용자가 작업을 시스템에 제출한 상태

- 접수: 제출된 작업이 스풀 공간인 디스크의 할당 위치에 저장된 상태

- 준비: 프로세스가 프로세서를 할당받기 위해 기다리고 있는 상태로 프로세스는 준비상태 큐에서 실행을 준비하고 있음, 접수 상태에서 준비 상태로의 전이는 Job 스케줄러에 의해 수행됨

- 실행: 준비상태 큐에 있는 프로세스가 프로세서를 할당받아 실행되는 상태로 프로세스 수행이 완료되기 전에 프로세스에게 주어진 프로세서 할당 시간이 종료되면 프로세스는 준비 상태로 전이됨, 실행중인 프로세스에 입출력 처리가 필요하면 실행중인 프로세스는 대기 상태로 전이됨, 준비 상태에서 실행 상태로의 전이는 CPU 스케줄러에 의해 수행됨

- 대기: 프로세스에 입출력 처리가 필요하면 현재 실행중인 프로세스는 중단되고, 입출력 처리가 완료될 때까지 대기하고 있는 상태

- 종료: 프로세스의 실행이 끝나고 프로세스 할당이 해제된 상태

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프로세스 상태 전이 관련 용어

- Dispatch: 준비 상태에서 대기하고 있는 프로세스 중 하나가 프로세서를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정

- Wake Up: 입출력 작업이 완료되어 프로세스가 대기 상태에서 준비 상태로 전이되는 과정

- Spooling: 입출력장치의 공유 및 상대적으로 느린 입출력장치의 처리 속도를 보완하고 다중 프로그래밍 시스템의 성능을 향상시키기 위해 입출력할 데이터를 직접 입출력장치에 보내지 않고 나중에 한꺼번에 입출력하기 위해 디스크에 저장하는 과정

- 교통량 제어기: 프로세스의 상태에 대한 조사와 통보를 담당함

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스레드

- 프로세스 내에서의 작업 단위로서 시스템의 여러 자원을 할당받아 실행하는 프로그램의 단위

- 하나의 프로세스에 하나의 스레드가 존재하는 경우에는 단일 스레드, 두 개 이상의 스레드가 존재하는 경우에는 다중 스레드라고 함

- 프로세스의 일부 특성을 갖고 있기 때문에 경량 프로세스라고도 함

- 스레드 기반 시스템에서 스레드는 독립적인 스케줄링의 최소 단위로서 프로세스의 역할을 담당함

- 동일 프로세스 환경에서 서로 독립적인 다중 수행이 가능함

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스레드의 분류

1) 사용자 수준의 스레드: 사용자가 만든 라이브러리를 사용하여 스레드를 운용하는 것으로 속도는 빠르지만 구현이 어려움

2) 커널 수준의 스레드: 운영체제의 커널에 의해 스레드를 운용하는 것으로 구현이 쉽지만 속도가 느림

 

스레드 사용의 장점

- 하나의 프로세스를 여러 개의 스레드로 생성하여 병행성을 증진시킬 수 있음

- 하드웨어, 운영체제의 성능과 응용 프로그램의 처리율을 향상시킬 수 있음

- 응용 프로그램의 응답 시간을 단축시킬 수 있음

- 실행 환경을 공유시켜 기억장소의 낭비가 줄어듦

- 프로세스들 간의 통신이 향상됨

- 스레드는 공통적으로 접근 가능한 기억장치를 통해 효율적으로 통신함

​

 

 

9. 스케줄링

 

스케줄링의 개요

- 프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원을 해당 프로세스에게 할당하는 작업

- 프로세스가 생성되어 완료될 때까지 프로세스는 여러 종류의 스케줄링 과정을 거치게 됨

 

1) 장기 스케줄링: 어떤 프로세스가 시스템의 자원을 차지할 수 있도록 할 것인가를 결정하여 준비상태 큐로 보내는 작업으로, 작업 스케줄링, 상위 스케줄링이라고도 함

2) 중기 스케줄링: 어떤 프로세스들이 CPU를 할당받을 것인지를 결정하는 작업으로, CPU를 할당받으려는 프로세스가 많을 경우 프로세스를 일시 보류시킨 후 활성화해서 일시적으로 부하를 조절함

3) 단기 스케줄링: 프로세스가 실행되기 위해 CPU를 할당받는 시기와 특정 프로세스를 지정하는 작업으로, 프로세서 스케줄링, 하위 스케줄링이라고도 함

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문맥 교환

- 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 CPU가 할당되는 과정에서 발생되는 것으로 새로운 프로세스에 CPU를 할당하기 위해 현재 CPU가 할당된 프로세스의 상태 정보를 저장하고, 새로운 프로세스의 상태 정보를 설정한 후 CPU를 할당하여 실행되도록 하는 작업

​

스케줄링의 목적

- CPU나 자원을 효율적으로 사용하기 위한 정책

1) 공정성: 모든 프로세스에 공정하게 할당함

2) 처리율 증가: 단위 시간당 프로세스를 처리하는 비율을 증가시킴

3) CPU 이용률 증가: 프로세스 실행 과정에서 주기억장치를 액세스한다든지, 입출력 명령 실행 등의 원인에 의해 발생할 수 있는 CPU 낭비 시간을 줄이고, CPU가 순수하게 프로세스를 실행하는 데 사용되는 시간 비율을 증가시킴

4) 우선순위 제도: 우선순위가 높은 프로세스를 먼저 실행함

5) 오버헤드 최소화: 오버헤드를 최소화시킴

6) 응답 시간 최소화: 작업을 지시하고, 반응하기 시작하는 시간을 최소화

7) 반환 시간 최소화: 프로세스를 제출한 시간부터 실행이 완료될 때까지 걸리는 시간을 최소화

8) 대기 시간 최소화: 프로세스가 준비상태 큐에서 대기하는 시간을 최소화

9) 균형 있는 자원의 사용: 메모리, 입출력장치 등의 자원을 균형 있게 사용

10) 무한 연기 회피: 자원을 사용하기 위해 무한정 연기되는 상태를 회피

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프로세스 스케줄링의 기법

 

1) 비선점 스케줄링​

- 이미 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할 수 없는 스케줄링 기법

- 프로세스가 CPU를 할당받으면 해당 프로세스가 완료될 때까지 CPU를 사용함

- 모든 프로세스에 대한 요구를 공정하게 처리할 수 있음

- 프로세스 응답 시간의 예측이 용이하며, 일괄 처리 방식에 적합함

- 중요한 작업이 중요하지 않은 작업을 기다리는 경우가 발생할 수 있음

- FCFS, SJF, 우선순위, HRN, 기한부

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2) 선점 스케줄링

- 하나의 프로세스가 CPU를 할당받아 실행하고 있을 때 우선순위가 높은 다른 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗아 사용할 수 있는 스케줄링 기법

- 우선순위가 높은 프로세스를 빠르게 처리할 수 있음

- 주로 빠른 응답 시간을 요구하는 대화식 시분할 시스템에 사용됨

- 많은 오버헤드를 초래함

- 선점이 가능하도록 일정 시간 배당에 대한 인터럽트용 타이머 클록이 필요함

- Round Robin, SRT, 선점 우선순위, 다단계 큐, 다단계 피드백 큐

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10. 환경 변수

 

환경 변수의 개요

- 시스템 소프트웨어의 동작에 영향을 미치는 동적인 값들의 모임

- 시스템의 기본 정보를 저장하며 자식 프로세스에 상속됨

- 시스템 환경 변수와 사용자 환경 변수로 구분됨

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Windows의 주요 환경 변수

- 명령어나 스크립트에서 사용하려면 변수명 앞 뒤에 %를 입력해야 함

- set을 입력하면 모든 환경 변수와 값을 표시함

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UNIX / LINUX의 주요 환경 변수

- 명령어나 스크립트에서 사용하려면 변수명 앞 뒤에 $를 입력해야 함

- set, env, printenv 중 하나를 입력하면 모든 환경 변수와 값을 표시함

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11. 운영체제 기본 명령어

 

운영체제 기본 명령어의 개요

- 운영체제를 제어하는 방법은 크게 CLI와 GUI로 구분할 수 있음

1) CLI: 키보드로 명령어를 직접 입력하여 작업을 수행하는 사용자 인터페이스 (Command Line Interface)

2) GUI: 키보드로 명령어를 직접 입력하지 않고, 마우스로 아이콘이나 메뉴를 선택하여 작업을 수행하는 그래픽 사용자 인터페이스 (Graphic User Interface)

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Windows 기본 명령어

1) CLI 기본 명령어

- DIR: 파일 목록 표시

- COPY: 파일 복사

- TYPE: 파일 내용 표시

- REN: 파일 이름 변경

- DEL: 파일 삭제

- MD: 디렉터리 생성

- CD: 디렉터리 위치 변경

- CLS: 화면 내용 지움

- ATTRIB: 파일의 속성 변경

- FIND: 파일을 찾음

- CHKDSK: 디스크 상태 점검

- FORMAT: 디스크 표면을 트랙과 섹터로 나누어 초기화

- MOVE: 파일 이동

2) GUI 기본 명령어

- 바탕화면이나 Windows 탐색기에서 마우스로 아이콘을 더블클릭하여 프로그램 실행, 파일의 복사 및 이동, 제어판의 기능 실행 등 모든 작업

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UNIX / LINUX 기본 명령어

1) CLI 기본 명령어

- cat: 파일 내용을 화면에 표시

- chdir: 현재 사용할 디렉터리의 위치를 변경

- chmod: 파일의 보호 모드를 설정하여 파일의 사용 허가를 지정

- chown: 소유자를 변경

- cp: 파일 복사

- exec: 새로운 프로세스를 수행

- find: 파일을 찾음

- fork: 새로운 프로세스를 생성 (하위 프로세스 호출, 프로세스 복제 명령)

- fsck: 파일 시스템을 검사하고 보수함

- getpid: 자신의 프로세스 아이디를 얻음

- getppid: 부모 프로세스 아이디를 얻음

- ls: 현재 디렉터리 내의 파일 목록을 확인

- mount / unmount: 파일 시스템을 마운팅 / 마운팅 해제

- rm: 파일 삭제

- wait: fork 후 exec에 의해 실행되는 프로세스의 상위 프로세스가 하위 프로세스 종료 등의 event를 기다림

2) GUI 기본 명령어

- UNIX / LINUX는 기본적으로 CLI를 기반으로 운영되는 시스템이지만 X Window라는 별도의 프로그램을 설치하여 GUI 방식으로 운영할 수 있음

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12. 인터넷 ***

 

인터넷의 개요

- TCP/IP 프로토콜을 기반으로 하여 전 세계 수많은 컴퓨터와 네트워크들이 연결된 광범위한 컴퓨터 통신망

- 미 국방성의 ARPANET에서 시작됨

- 유닉스 운영체제를 기반으로 함

- 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터는 고유한 IP 주소를 가짐

- 컴퓨터 또는 네트워크를 서로 연결하기 위해서는 브리지, 라우터, 게이트웨이가 사용됨

- 다른 네트워크 또는 같은 네트워크를 연결하여 중추적 역할을 하는 네트워크로, 보통 인터넷의 주가 되는 기간망을 백본이라고 함

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IP 주소

- 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터 자원을 구분하기 위한 고유한 주소

- 숫자로 8비트씩 4부분, 총 32비트(4바이트)로 구성됨

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서브네팅

- 할당된 네트워크 주소를 다시 여러 개의 작은 네트워크로 나누어 사용하는 것

- 4바이트의 IP 주소 중 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하기 위한 비트를 서브넷 마스크라고 하며, 이를 변경하여 네트워크 주소를 여러 개로 분할하여 사용함

- 서브넷 마스크는 각 클래스마다 다르게 사용됨

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IPv6의 개요

- 현재 사용하고 있는 IP 주소 체계인 IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 개발됨

- 128비트의 긴 주소를 사용하여 주소 부족 문제를 해결할 수 있으며, IPv4에 비해 자료 전송 속도가 빠름

- 인증성, 기밀성, 데이터 무결성의 지원으로 보안 문제를 해결할 수 있음

- IPv4와 호환성이 뛰어남

- 주소의 확장성, 융통성, 연동성이 뛰어나며, 실시간 흐름 제어로 향상된 멀티미디어 기능을 지원함

- Traffic Class, Flow Label을 이용하여 등급별, 서비스별로 패킷을 구분할 수 있어 품질 보장이 용이함

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IPv6의 구성

- 16비트씩 8부분, 총 128비트로 구성되어 있음

- 각 부분을 16진수로 표현하고, 콜론(:)으로 구분

1) 유니캐스트: 단일 송신자와 단일 수신자 간의 통신 (1 대 1 통신에 사용)

2) 멀티캐스트: 단일 송신자와 다중 수신자 간의 통신 (1 대 다 통신에 사용)

3) 애니캐스트: 단일 송신자와 가장 가까이 있는 단일 수신자 간의 통신 (1 대 1 통신에 사용)

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도메인 네임

- 숫자로 된 IP 주소를 사람이 이해하기 쉬운 문자 형태로 표현한 것

- 호스트 컴퓨터 이름, 소속 기관 이름, 소속 기관의 종류, 소속 국가명 순으로 구성되며, 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 상위 도메인을 의미함

- 문자로 된 도메인 네임을 컴퓨터가 이해할 수 있는 IP 주소로 변환하는 역할을 하는 시스템을 DNS라고 하며 이런 역할을 하는 서버를 DNS 서버라고 함

 

 

 

13. OSI 참조 모델 ***

 

OSI 참조 모델의 개요

- 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO(국제표준화기구)에서 제안한 통신 규약

- 개방형 시스템 간의 데이터 통신 시 필요한 장비 및 처리 방법 등을 7단계로 표준화하여 규정함

- 1~3 계층(물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층)을 하위 계층, 4~7 계층(전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층)을 상위 계층이라 함

​

OSI 참조 모델의 목적

- 서로 다른 시스템 간을 상호 접속하기 위한 개념을 규정함

- OSI 규격을 개발하기 위한 범위를 정함

- 관련 규정의 적합성을 조절하기 위한 공통적 기반을 제공함

​

OSI 참조 모델에서의 데이터 단위

- 프로토콜 데이터 단위: 동일 계층 간에 교환되는 정보의 단위

(1) 물리 계층: 비트

(2) 데이터 링크 계층: 프레임

(3) 네트워크 계층: 패킷

(4) 전송 계층: 세그먼트

(5) 세션, 표현, 응용 계층: 메시지

- 서비스 데이터 단위: 서비스 접근점(SAP)을 통해 상하위 계층끼리 주고받는 정보의 단위

​

1) 물리 계층

- 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의함

- 물리적 전송 매체와 전송 신호 방식을 정의하며, RS-232C, X.21 등의 표준이 있음

- 관련 장비: 리피터, 허브

​

2) 데이터 링크 계층

- 두 개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 함

- 송신 측과 수신 측의 속도 차이를 해결하기 위한 흐름 제어 기능을 함

- 프레임의 시작과 끝을 구분하기 위한 프레임의 동기화 기능을 함

- 오류의 검출과 회복을 위한 오류 제어 기능을 함

- 프레임의 순서적 전송을 위한 순서 제어 기능을 함

- HDLC, LAPB, LLC, MAC, LAPD, PPP 등의 표준이 있음

- 관련 장비: 랜카드, 브리지, 스위치

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3) 네트워크 계층

- 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 관리하는 기능과 데이터의 교환 및 중계 기능을 함

- 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능을 함

- 경로 설정, 데이터 교환 및 중계, 트래픽 제어, 패킷 정보 전송을 수행함

- X.25, IP 등의 표준이 있음

- 관련 장비: 라우터

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4) 전송 계층

- 논리적 안정과 균일한 데이터 전송 서비스를 제공함으로써 종단 시스템(End-to-End) 간에 투명한 데이터 전송을 가능하게 함

- OSI 7계층 중 하위 3계층과 상위 3계층의 인터페이스를 담당함

- 종단 시스템 간의 전송 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제 기능을 함

- 주소 설정, 다중화, 오류 제어, 흐름 제어를 수행함

- TCP, UDP 등의 표준이 있음

- 관련 장비: 게이트웨이

​

5) 세션 계층

- 송수신 측 간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당함

- 대화 구성 및 동기 제어, 데이터 교환 관리 기능을 함

- 송수신 측 간의 대화 동기를 위해 전송하는 정보의 일정한 부분에 체크점을 두어 정보의 수신 상태를 체크하며, 이때의 체크점을 동기점이라고 함

- 동기점은 오류가 있는 데이터의 회복을 위해 사용하는 것으로, 종류에는 소동기점과 대동기점이 있음

​

6) 표현 계층

- 응용 계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 보내기 전에 통신에 적당한 형태로 반환하고, 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능을 함

- 서로 다른 데이터 표현 형태를 갖는 시스템 간의 상호 접속을 위해 필요한 계층

- 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식 변환, 문맥 관리 기능을 함

​

7) 응용 계층

- 사용자가 OSI 환경에 접근할 수 있도록 서비스를 제공함

- 응용 프로세스 간의 정보 교환, 전자 사서함, 파일 전송, 가상 터미널 등의 서비스를 제공함

​

 

 

14. 네트워크 관련 장비

 

네트워크 인터페이스 카드 (NIC)

- 컴퓨터와 컴퓨터 또는 컴퓨터와 네트워크를 연결하는 장치고, 정보 전송 시 정보가 케이블을 통해 전송될 수 있도록 정보 형태를 변경함

- 이더넷 카드 (LAN 카드) 또는 네트워크 어댑터라고도 함

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허브

- 한 사무실이나 가까운 거리의 컴퓨터들을 연결하는 장치로, 각 회선을 통합적으로 관리하며, 신호 증폭 기능을 하는 리피터의 역할도 포함함

1) 더미 허브

- 네트워크에 흐르는 모든 데이터를 단순히 연결하는 기능만을 제공함

- LAN이 보유한 대역폭을 컴퓨터 수만큼 나누어 제공함

- 네트워크에 연결된 각 노드를 물맂거인 성형 구조로 연결함

2) 스위칭 허브

- 네트워크상에 흐르는 데이터의 유무 및 흐름을 제어하여 각각의 노드가 허브의 최대 대역폭을 사용할 수 있는 지능형 허브

​

리피터

- 전송되는 신호가 전송 선로의 특성 및 외부 충격 등의 요인으로 인해 원래의 형태와 다르게 왜곡되거나 약해질 경우 원래의 신호 형태로 재생하여 다시 전송하는 역할을 수행함

- OSI 참조 모델의 물리 계층에서 동작하는 장비

- 근접한 네트워크 사이에 신호를 전송하는 역할로, 전송 거리의 연장 또는 배선의 자유도를 높이기 위한 용도로 사용함

​

브리지

- LAN과 LAN을 연결하거나 LAN(:학교 등 근거리 통신망) 안에서의 컴퓨터 그룹을 연결하는 기능을 수행함

- 데이터 링크 계층 중 MAC 계층에서 사용되므로 MAC 브리지라고도 함

- 네트워크 상의 많은 단말기들에 의해 발생되는 트래픽 병목 현상을 줄일 수 있음

- 네트워크를 분산적으로 구성할 수 있어 보안성을 높일 수 있음

- 브리지를 이용한 서브넷 구성 시 전송 가능한 회선 수는 브리지가 n개 일 때, n(n-1)/2개임

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스위치

- 브리지와 같이 LAN과 LAN을 연결하여 훨씬 더 큰 LAN을 만드는 장치

- 하드웨어를 기반으로 처리하므로 전송 속도가 빠름

- 포트마다 각기 다른 전송 속도를 지원하도록 제어할 수 있고, 수십에서 수백 개의 포트를 제공함

- OSI 참조 모델의 데이터 링크 계층에서 사용됨

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라우터

- 브리지와 같이 LAN과 LAN의 연결 기능에 데이터 전송의 최적 경로를 선택할 수 있는 기능이 추가된 것으로, 서로 다른 LAN이나 LAN과 WAN의 연결도 수행함

- OSI 참조 모델의 네트워크 계층에서 동작하는 장비

- 접속 가능한 경로에 대한 정보를 라우팅 제어표에 저장하여 보관함

- 3계층까지의 프로토콜 구조가 다른 네트워크 간의 연결을 위해 프로토콜 변환 기능을 수행함

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게이트웨이

- 전 계층의 프로토콜 구조가 다른 네트워크의 연결을 수행함

- 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층 간을 연결하여 데이터 형식 변환, 주소 변환, 프로토콜 변환 등을 수행함

- LAN에서 다른 네트워크에 데이터를 보내거나 다른 네트워크로부터 데이터를 받아들이는 출입구 역할을 함

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네트워크 장비 설치 시 고려 사항

- 네트워크에 설치된 장비를 최대한 활용해야 함

- 이후 시스템 확장이나 증설 등을 고려하여 설계함

- 하드웨어와 소프트웨어는 최신 버전을 선정함

- 트래픽을 분산시킬 수 있도록 설계

- 네트워크 관리나 유지 보수가 용이하게 설계

- 장애 발생 시 즉시 조치할 수 있도록 여유 포트를 고려하여 설계

- 신기술 도입 시 연동할 수 있는 미래 지향적인 네트워크 시스템을 구축함

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15. 프로토콜의 개념

 

프로토콜의 정의

- 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약

- 통신을 제어하기 위한 표준 규칙과 절차의 집합으로 하드웨어와 소프트웨어, 문서를 모두 규정함

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프로토콜의 기본 요소

1) 구문: 전송하고자 하는 데이터의 형식, 부호화, 신호 레벨 등을 규정

2) 의미: 두 기기 간의 효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조 사항과 오류 관리를 위한 제어 정보를 규정

3) 시간: 두 기기 간의 통신 속도, 메시지의 순서 제어 등을 규정

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프로토콜의 기능

1) 단편화와 재결합

- 송신 측에서 전송할 데이터를 전송에 알맞은 일정 크기의 작은 블록으로 자르는 작업을 단편화라 하고, 수신 측에서 단편화된 블록을 원래의 데이터로 모으는 것을 재결합이라고 함

- 단편화를 통해 세분화된 데이터 블록을 프로토콜 데이터 단위라고 함

- 데이터를 단편화하여 전송하면 전송 시간이 빠르고, 통신중의 오류를 효과적으로 제어할 수 있음

- 너무 작은 블록으로 단편화할 경우 재결합 시 처리 시간이 길어지고, 실제 데이터 외에 부수적인 데이터가 많아지므로 비효율적임

2) 캡슐화

- 단편화된 데이터에 송수신지 주소, 오류 검출 코드, 프로토콜 기능을 구현하기 위한 프로토콜 제어 정보 등의 정보를 부가하는 것으로, 요약화라고도 함

- 대표적인 예가 데이터 링크 제어 프로토콜의 HDLC 프레임

- 정보 데이터를 오류 없이 정확하게 전송하기 위해 수행함

3) 흐름 제어

- 수신 측의 처리 능력에 따라 송신 측에서 송신하는 데이터의 전송량이나 전송 속도를 조절하는 기능

- 정지-대기, 슬라이딩 윈도우 방식을 이용함

4) 오류 제어

- 전송중에 발생하는 오류를 검출하고 정정하여 데이터나 제어 정보의 파손에 대비하는 기능

5) 동기화

- 송수신 측이 같은 상태를 유지하도록 타이밍을 맞추는 기능

6) 순서 제어

- 전송되는 데이터 블록에 전송 순서를 부여하는 기능으로, 연결 위주의 데이터 전송 방식에만 사용됨

- 송신 데이터들이 순서적으로 전송되도록 함으로써 흐름 제어 및 오류 제어를 용이하게 하는 기능을 함

7) 주소 지정

- 데이터가 목적지까지 정확하게 전송될 수 있도록 목적지 이름, 주소, 경로를 부여하는 기능

- 목적지 이름은 전송할 데이터가 가리키는 곳, 주소는 목적지의 위치, 경로는 목적지에 도착할 수 있는 방법을 의미함

8) 다중화

- 한 개의 통신 회선을 여러 가입자들이 동시에 사용하도록 하는 기능

9) 경로 제어

- 송수신 측 간의 송신 경로 중에서 최적의 패킷 교환 경로를 설정하는 기능

10) 전송 서비스

- 전송하려는 데이터가 사용하도록 하는 별도의 부가 서비스

- 우선순위, 서비스 등급, 보안성

 

 

16. TCP / IP ***

 

TCP/IP의 개요

- 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜

- 1960년대 말 ARPA에서 개발하여 ARPANET에서 사용하기 시작함

- UNIX의 기본 프로토콜로 사용되었고, 현재 인터넷 범용 프로토콜로 사용됨

 

1) TCP

- OSI 7 계층의 전송 계층(데이터 단위: 세그먼트)에 해당

- 신뢰성 있는 연결형 서비스를 제공

- 패킷의 다중화, 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능을 제공

- 스트림 전송 기능 제공

- TCP 헤더에는 Source/Destination Port Number, Sequence Number, Acknowledgement Number, Checksum 등이 포함됨

2) IP

- OSI 7계층의 네트워크 계층(데이터 단위: 패킷)에 해당

- 데이터그램을 기반으로 하는 비연결형 서비스를 제공

- 패킷의 분해/조립, 주소 지정, 경로 선택 기능을 제공

- 헤더의 길이는 최소 20Byte에서 최대 60Byte

- IP 헤더에는 Version, Header Length, Total Packet Length, Header Checksum, Source IP Address, Destination IP Address 등이 포함됨

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TCP/IP의 구조

1) 응용 계층의 주요 프로토콜

(1) FTP: 컴퓨터와 컴퓨터 또는 컴퓨터와 인터넷 사이에서 파일을 주고받을 수 있도록 하는 원격 파일 전송 프로토콜

(2) SMTP: 전자 우편을 교환하는 서비스

(3) TELNET: 멀리 떨어져 있는 컴퓨터에 접속하여 자신의 컴퓨터처럼 사용할 수 있도록 해주는 서비스로 시스템 관리 작업을 할 수 있는 가상의 터미널 기능을 수행

(4) SNMP: TCP/IP의 네트워크 관리 프로토콜로, 라우터나 허브 등 네트워크 기기의 네트워크 정보를 네트워크 관리 시스템에 보내는데 사용되는 표준 통신 규약

(5) DNS: 도메인 네임을 IP 주소로 매핑하는 시스템

(6) HTTP: 월드 와이드 웹에서 HTMP 문서를 송수신하기 위한 표준 프로토콜

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2) 전송 계층의 주요 프로토콜

(1) TCP

- 양방향 연결형 서비스를 제공

- 가상 회선 연결 형태의 서비스를 제공

- 스트림 위주의 전달을 함

- 신뢰성 있는 경로를 확립하고 메시지 전송을 감독함

- 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능을 함

- 패킷의 분실, 손상, 지연이나 순서가 틀린 것 등이 발생할 때 투명성이 보장되는 통신을 제공

(2) UDP

- 데이터 전송 전에 연결을 설정하지 않는 비연결형 서비스를 제공

- TCP에 비해 상대적으로 단순한 헤더 구조를 가지므로 오버헤드가 적음

- 고속의 안정성 있는 전송 매체를 사용하여 빠른 속도를 필요로 하는 경우, 동시에 여러 사용자에게 데이터를 전달할 경우, 정기적으로 반복해서 전송할 경우에 사용

- 실시간 전송에 유리하며, 신뢰성보다는 속도가 중요시되는 네트워크에서 사용됨

- UDP 헤더에는 Source Port Number, Destination Port Number, Length, Checksum등이 포함됨

(3) RTCP

- RTP 패킷의 전송 품질을 제어하기 위한 제어 프로토콜

- 세션에 참여한 각 참여자들에게 주기적으로 제어 정보를 전송함

- 하위 프로토콜은 데이터 패킷과 제어 패킷의 다중화를 제공함

- 데이터 전송을 모니터링하고 최소한의 제어와 인증 기능만을 제공함

- RTCP 패킷은 항상 32비트의 경계로 끝남

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3) 인터넷 계층의 주요 프로토콜

(1) IP: 전송할 데이터에 주소를 지정하고, 경로를 설정하는 기능을 하며, 비연결형인 데이터그램 방식을 사용하는 것으로 신뢰성이 보장되지 않음

(2) ICMP: IP와 조합하여 통신중에 발생하는 오류의 처리와 전송 경로 변경 등을 위한 제어 메시지를 관리하는 역할을 하며, 헤더는 8Byte로 구성됨

(3) IGMP: 멀티캐스트를 지원하는 호스트나 라우터 사이에서 멀티캐스트 그룹 유지를 위해 사용됨

(4) ARP: 호스트의 IP 주소를 호스트와 연결된 네트워크 접속 장치의 물리적 주소로 바꿈 (논리 주소 -> 물리 주소)

(5) RARP: ARP와 반대로 물리적 주소를 IP 주소로 변환하는 기능을 함 (물리 주소 -> 논리 주소)

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4) 네트워크 액세스 계층의 주요 프로토콜

(1) Ethernet: CSMA/CD 방식의 LAN

(2) IEEE 802: LAN을 위한 표준 프로토콜

(3) HDLC: 비트 위주의 데이터 링크 제어 프로토콜

(4) X.25: 패킷 교환망을 통한 DTE와 DCE 간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜

(5) RS-232C: 공중 전화 교환망(PSTN)을 통한 DTE와 DCE 간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜