정처기 실기 이론: 네트워크 & OS

서킷 교환 방식

전송단위는 연속적인 비트 스트림이며 송신자와 수신자 간 전용 회선 설정. 일정한 대역폭 보장

패킷 교환 방식

전송단위는 패킷이며 네트워크 계층에서 처리. 회선 효율성이 높음.

방식	의미
데이터그램	비연결형 교환 방식, 순서 상관없이 독립적 전송, 헤더를 붙여 개별 전달
가상회선	연결형 교환 방식, 논리적 회선 사전 설정, 목적지에 미리 연결

비연결형 VS 연결형

두 개념은 특정 계층 상관없이 네트워크 계층과 전송 계층 모두 존재.

구분	비연결형	연결형
연결 설정	불필요	필요
패킷 독립성	독립적	종속적
경로 설정	패킷마다 다름	고정 경로
순서 보장	보장 안됨	보장됨
대표 프로토콜	IP, UDP	TCP, ATM, X.25

OSI(Open System Interconnection) 7계층이란?

통신에 필요한 기능을 7개의 계층으로 나눈 표준 모델

계층	이름	역할	대표 프로토콜, 형식, 장비	PDU
7	응용	사용자와 맞닿는 서비스 제공	HTTP, FTP, SMTP, DNS	데이터
6	표현	암·복호화, 압축, 코드 변환	JPEG, MPEG, ASCII	데이터
5	세션	연결 설정, 유지, 종료, 동기화	RPC, NetBIOS	데이터
4	전송	종단 간 신뢰성 및 흐름 제어	TCP, UDP	세그먼트
3	네트워크	라우팅, 논리 주소 지정	IP, ICMP, 라우터	패킷
2	데이터 링크	인접 노드 간 전송, 오류 제어	이더넷, HDLC, 스위치	프레임
1	물리	비트를 전기 신호로 바꿔 전송	케이블, 허브, 리퍼터	비트

캡슐화와 PDU

캡슐화: 7~1계층으로 내려오며 데이터 수신

역캡슐화: 1~7계층으로 올라가며 데이터 전송

데이터 링크 계층이란?

OSI 2계층으로, 물리 링크를 통해 데이터를 신뢰성 있게 전송. 주요 기능: 프레이밍, 흐름 제어, 오류 제어.

HDLC (High-level Data Link Control)

비트 중심 프로토콜. 프레임은 제어부 시작 비트로 종류를 구분.

프레임	제어부 시작	역할
I(정보) 프레임	0	데이터 전달
S(감독) 프레임	10	오류/흐름 제어
U(비번호) 프레임	11	링크 동작모드 설정

동작 모드	키워드
정규 응답 모드(NRM)	보조국(종국)은 폴 메시지를 수신한 경우에만 송신
비동기 응답 모드(ARM)	불균형 링크, 종국은 주국 허가 없이 송신 가능
비동기 균형 모드(ABM)	균형 링크, 혼합국끼리 허가 없이 전송 가능

그 외 데이터 링크 프로토콜

PPP: 두 컴퓨터 간 직렬 인터페이스 통신, 오류 감지만 수행(복구는 상위 계층), 인증(PAP·CHAP) 지원

프레임 릴레이: X.25 개선, 오류/흐름 제어를 단순화해 속도 향상, 가상 회선 방식

ATM: 53바이트(헤더 5 + 페이로드 48) 고정 크기 셀 단위 전송, 고정 길이 셀로 하드웨어 스위칭이 가능해 빠름

오류 제어 방식

FEC(순방향 오류 수정): 수신 측이 오류를 스스로 감지·수정 (대표: 해밍 코드)

BEC(역방향 오류 수정): 수신 측이 오류 감지 시 송신 측에 재전송 요청

해밍 코드 (Hamming Code)

FEC의 대표 예시로 단일 비트 오류를 자동 감지·수정. 2의 거듭제곱 위치(1,2,4,8,…)에 패리티 비트 배치, 각 패리티 비트는 특정 비트들의 XOR 결과를 저장.

오류 검출 기법

패리티 검사: 1비트 추가로 1의 개수 검증

순환 중복 검사(CRC): 생성 다항식으로 나눈 나머지로 검출

블록 합 검사: 각 열의 합/XOR로 검사 블록 생성

ARQ (자동 반복 요청)

정지-대기 ARQ: 프레임 하나 보내고 확인(ACK/NAK)까지 대기

Go-Back-N ARQ: 오류 발생 프레임부터 이후 모두 재전송

선택적 재전송 ARQ: 오류 발생 프레임만 선별 재전송

네트워크 계층이란?

데이터가 최종 목적지까지 도달하는 경로를 설정하고 IP 주소를 관리하는 역할

기술/프로토콜	주요 기능	특징
IP	데이터그램의 주소 지정 및 경로 설정	비연결성, 비신뢰성
ARP	IP(논리 주소)를 MAC(물리 주소)로 변환	동적, 브로드캐스트 기반 요청
RARP	MAC(물리 주소)를 IP(논리 주소)로 변환	ARP 리버스, 부팅 시 IP 주소 할당
ICMP	오류 보고 및 네트워크 상태 진단	IP 의존, 동작 및 제어 메세지 전송
IGMP	멀티케스트 그룹 관리	특정 그룹만 데이터 전송, 대역폭 효율화
라우팅 프로토콜	최적의 데이터 전송 경로 방식	RIP, OSPF, BGP
NAT	IP 주소: 사설을 공인으로 변환	IP 주소 절약, 내부 보안 강화

IP란?

인터넷에서 데이터를 주고받기 위한 통신 규약(프로토콜). 네트워크에 연결된 모든 장치에 할당.

IPv4: Internet Port Version 4, 32비트, 8비트씩 4개, 10진수. ex) 192.168.0.1

IPv6: Internet Port Version 6, 128비트, 16비트씩 8개, 16진수. ex) 2001:db8::1

IP 주소 종류

구분	설명
네트워크 주소	네트워크를 대표하는 주소 (호스트 부분이 모두 0)
호스트 주소	호스트(장치)에 할당하는 주소
브로드캐스트 주소	모든 호스트에 데이터를 일괄 전송하는 주소

서브넷 마스크란?

IP 주소에서 "여기까지가 네트워크 부분, 나머지는 호스트 부분"이라는 경계를 표시하는 값. 앞쪽은 1, 뒤쪽은 0으로 구성되며 1은 네트워크 부분, 0은 각 장치에 할당하는 호스트 부분.

용어	설명
네트워크 부분	서브넷 마스크에서 '1'인 부분, 같은 그룹 내 모든 장치가 동일
호스트 부분	서브넷 마스크에서 '0'인 부분, 각 장치에 할당
네트워크 주소	호스트 부분이 모두 0인 주소
브로드캐스트 주소	호스트 부분이 모두 1인 주소

사용 가능한 IP 주소 개수

공식: 2^(호스트 부분의 0 개수)

ex) 255.255.255.0 → 0이 8개 → 2^8 = 256개

ex) 255.255.255.224 → 0이 5개 → 2^5 = 32개

네트워크 주소 구하기 (AND 연산)

IP 주소와 서브넷 마스크를 2진수로 변환 후 AND 연산(둘 다 1일 때만 1). 호스트 부분이 모두 0이 됨.

ex) 192.168.1.123 AND 255.255.255.192 → 네트워크 주소 192.168.1.64 (범위 .64 ~ .127)

브로드캐스트 주소 구하기 (OR 연산)

서브넷 마스크를 반전(NOT)한 뒤 네트워크 주소와 OR 연산. 호스트 부분이 모두 1로 채워짐.

블록 크기로 빠르게 구하기

블록 크기 공식: 256 − 서브넷 마스크의 마지막 자리

ex) 마스크 255.255.255.224 → 블록 크기 256 − 224 = 32

144가 속한 블록: 128 ~ 159

네트워크 주소 .128, 브로드캐스트 주소 .159

헷갈리기 쉬운 용어

서브넷 마스크: 네트워크 주소를 구하는 데 사용

서브네팅(FLSM): 서브넷을 나누는 데 사용

CIDR 표기법

192.168.1.0/24 형식으로 네트워크 주소와 서브넷 마스크를 간단히 표기. 슬래시 뒤 숫자는 마스크의 1의 개수.

/24 = 255.255.255.0

/26 = 255.255.255.192

FLSM (Fixed Length Subnet Mask)

고정 길이 서브넷 마스크. 주어진 네트워크를 모두 동일한 크기의 여러 서브넷으로 나누는 방식.

서브네팅 계산 (256개를 4개로 분할)

1단계 서브넷 크기: 256 ÷ 4 = 64개

2단계 필요 비트: 64 = 2^6 → 호스트 6비트, 네트워크 비트 = 32 − 6 = 26비트

3단계 표기: /26

서브넷 분할 규칙

i개로 나누려면 2^n ≥ i 를 만족하는 n개의 비트 사용

ex) 4개 분할 → 2^n ≥ 4, n = 2 → 00 / 01 / 10 / 11

두 번째 서브넷 첫 주소 01000000(2진) = 64 → 네트워크 주소 192.168.1.64

FLSM 장단점

장점: 모든 서브넷 크기가 같아 관리가 단순

단점: IP 주소 낭비 발생 가능(VLSM으로 보완)

라우팅이란?

네트워크에서 데이터 패킷을 전달할 때 최적의 경로를 결정하는 과정.

라우팅 프로토콜 요약

라우팅, 프로토콜 종류	키워드
정적 라우팅	고정 경로 사용
동적 라우팅	동적 경로 변경
내부 라우팅 프로토콜 (IGP)	동일 네트워크
외부 라우팅 프로토콜 (EGP)	다른 네트워크
RIP	홉 수 사용, 거리 백터 알고리즘 - 벨만-포드 알고리즘 사용
OSPF	경로 비용 사용, 링크 상태 알고리즘 - 다익스트라 알고리즘 사용
BGP	경로 백터 알고리즘 사용, 전체 AS 경로 정보 교환

라우팅 알고리즘 비교

구분	거리 백터	링크 상태	경로 백터
대표 프로토콜	RIP	OSPF	BGP
최단 경로 계산	홉 수 사용	경로 비용 사용	경로 백터 사용
교환 정보	거리(홉 수)	전체 토폴로지	전체 경로
알고리즘	벨만-포드	다익스트라	경로 백터
사용 범위	소규모 네트워크	대규모 네트워크	AS 간 연결

응용 계층이란?

사용자와 직접 맞닿는 네트워크 서비스를 제공

프로토콜	포트번호	키워드
SSH	22	인증/암호화 제공, Telnet보다 강력한 보안, 원격 접속
Telnet	23	원격 접속
HTTP	80	요청 및 응답 처리, GET/POST/PUT
HTTPS	443	HTTP + 보안 통신, SSL/TLS 사용
FTP	21	파일 전송
SMTP	25	메일 전송
POP3	110	메일 수신 - 다운로드
IMAP	143	메일 수신 - 동기화
DNS	53	도메인 이름 서비스

프로세스 상태

준비(Ready): CPU만 할당되면 즉시 실행 가능, 준비 큐 대기

실행(Running): CPU를 할당받아 명령어 수행 중

대기(Blocked): I/O 완료까지 CPU 반납

스케줄링 분류

구분	종류
비선점형(Non-preemptive)	FIFO/FCFS, SJF, HRN, 기한부, 우선순위
선점형(Preemptive)	Round Robin, SRT, 우선순위

알고리즘별 특징

알고리즘	특징
FIFO / FCFS	도착 순서대로 할당, 구현 용이, 콘보이 효과 발생 가능
SJF	실행 시간 짧은 프로세스 우선, 평균 대기시간 최소, 기아 위험
HRN	우선순위 = (대기시간 + 서비스시간) / 서비스시간, SJF 기아 보완
SRT	선점형 SJF, 더 짧은 작업 도착 시 즉시 전환
Round Robin	FIFO + 시간 할당량, 공평한 CPU 분배
기한부(Deadline)	마감시간 임박 프로세스 우선, 실시간 시스템용

HRN 우선순위 계산

공식: (대기시간 + 서비스시간) / 서비스시간 (값이 클수록 우선)

IPC (Inter-Process Communication)

프로세스 간 통신 기법: 공유 메모리, 소켓, 세마포어, 메시지 큐, 파이프·시그널

페이지와 페이지 부재

페이지(Page): 가상 메모리를 관리하는 고정 크기 블록

프레임(Frame): 물리 메모리(RAM)에서 페이지와 같은 크기로 나뉜 영역

페이지 부재(Page Fault): 사용하려는 페이지가 RAM에 없는 경우

알고리즘 보충 원리

FIFO: 가장 먼저 들어온 페이지를 먼저 내보냄, Belady의 모순 발생 가능

LRU: 최근 사용된 페이지는 가까운 미래에도 다시 사용될 것(시간 지역성)

LFU: 과거에 많이 사용된 페이지는 앞으로도 많이 사용될 것(참조 빈도)

알고리즘	교체 대상	기반 원리	장점	단점
FIFO	가장 먼저 메모리에 들어온 페이지	선입선출	구현 간단	교체 기준 비효율, Belady의 모순
LRU	가장 오래동안 사용되지 않은 페이지	시간 지역성	페이지 부재율 낮음, 일반적으로 좋은 성능	운영체제 부담, 구현 난이도 높음
LFU	참조 횟수가 가장 적은 페이지	참조 빈도	LRU에 비해 장기적 참조 패턴을 고려	잦은 참조 횟수 계산으로 오버헤드

Unix란?

다중 사용자 시스템, 다중 작업 지원. C 언어로 작성되어 이식성이 높고, 트리 구조의 계층적 파일 시스템과 강력한 셸을 제공하는 시분할 운영체제.

Linux란?

유닉스 기반의 오픈소스, 사용자 정의가 가능.

Unix/Linux 명령어 모음

명령어	기능	명령어	기능
pwd	현재 작업 폴더 경로 출력	cat	파일 내용 출력
ls	폴더 내용 출력	chmod	파일 권한 변경
cd	폴더 이동	chown	파일 소유자 변경
cp	파일/폴더 속사	grep	패턴 검색
mv	파일/폴더 이동 & 이름 변경	find	파일 검색
rm	파일/폴더 삭제	ps	프로세스 목록 조회
mkdir	폴더 생성	kill	프로세스 종료
rmdir	빈 폴더 삭제

Chmod 명령어

change mode의 약자로 리눅스 및 유닉스 계열 운영체제에서 파일이나 폴더의 접근 권한을 변경할 때 사용.

권한의 종류 및 대상

권한 / 대상	기호	설명
읽기	`r`	파일 내용을 읽거나 디렉토리 목록을 조회 - 8진수 값: 4
쓰기	`w`	파일 내용을 수정/삭제, 디렉토리 내 파일 생성/삭제 - 8진수 값: 2
실행	`x`	파일을 실행, 디렉토리로 접근(cd) 가능 - 8진수 값: 1
사용자	`u`	파일을 소유한 사용자
그룹	`g`	파일이 속한 그룹
기타	`o`	그 외 모든 사용자

8진수 권한 설정 조합

8진수	조합	설명
7	`rwx`	읽기, 쓰기, 실행 권한
6	`rw-`	읽기, 쓰기 권한
5	`r-x`	읽기, 실행 권한
4	`r--`	읽기 권한
3	`-wx`	쓰기, 실행 권한
2	`-w-`	쓰기 권한
1	`--x`	실행 권한
0	`---`	권한 없음