정보처리기사[실기 핵심 정리] - 프로토콜

프로토콜

1) 프로토콜의 개념

• 컴퓨터나 통신 장비 간 원할한 데이터 교환을 위한 표준화된 통신 규약
• 통신을 제어하기 위한 표준 규칙과 절차의 집합으로, 하드웨어, 소프트웨어, 문서 등을 포함

2) 통신 프로토콜의 기본요소

기본요소	설명
구문 (Syntax)	데이터의 형식, 부호화, 신호레벨 등을 규정
의미 (Semantics)	효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조사항 및 오류 관리 제어 정보를 규정
타이밍 (Timing)	통신속도, 메시지 순서 제어 등을 규정

오류제어와 흐름제어

1) 흐름제어

• 흐름제어의 개념
  • 수신측의 처리 능력에 맞춰 송신 측에서 데이터의 전송량이나 속도르 조절하는 기능
  • 주요 방식으로는 "Stop and Wait" 및 "Sliding Window" 방식이 있음
• Stop and Wait
  • 각 패킷 전송 후 확인 응답을 받고 나서 다음 패킷을 전송하는 방법
  • 오버플로우 방지 가능하지만 전송효율이 낮은 단점이 있음
  • 현대의 빠른 네트워크 환경에서는 거의 사용되지 않음
• Sliding Window
  • 수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 확인 응답 없이 패킷을 연속적으로 전송할 수 있게 하는 방법
  • 전송된 패킷에 대한 확인(ACK)이 수신되면 윈도우를 옆으로 이동시켜 새로운 패킷전송
  • 전송 효율을 크게 향상시키는 방식
• 피기 패킹(Piggybacking)
  • 양방향 통신에서 정보 프레임과 응답 프레임을 동시에 교차 전송하는 방식
  • 수신측이 별도의 확인 응답(ACK) 프레임을 보내지 않고,데이터 전송 프레임에 응답 기능을 포함하여 효율을 높임
  • 전송 효율 증가에 기여

 

2) 오류제어

• 오류제어의 개념
  • 전송 중에 발생하는 오류를 검출하고 정정하는 기능
  • TCP 프로토콜은 ARQ(Automatic Repeat Request)를 사용하여 재전송 기반 오류 제어를 수행
• Stop and Wait ARQ
  • 데이터를 전송 후, 수신측으로부터의 확인 응답을 받을떄 까지 대기하고, 그후에 다음데이터를 전송하는 방식
• Go Back N ARQ
  • 오류가 발생한 지점부터 모든 데이터를 재전송하는 기법
  • 오류 발견시 NACK(Negative Acknowledgment) 신호를 송신측에 보내고, 오류 이후의 데이터를 폐기
  • 중복 전송의 단점 존재
• Selective Repeat ARQ
  • 여러 프레임을 연속적으로 전송하고, 수신측에서 NACK를 보내면 오류가 발생한 프레임만 송신측이 재전송
  • 데이터 재정렬을 위한 별도 버퍼가 필요
• Adaptive ARQ
  • 전송효율을 최대화하기 위해 데이터 프레임의 길이를 동적으로 조정하는 방식
  • 높은 전송 효율을 제공하지만, 제어 회로가 복잡하고 비용이 많이든다.

3) 오류발생 원인

• 감쇠
  • 전송신호가 전송매체를 통가하는 과정에서 신호가 점점 약해지는 현상
  • 중계기 또는 리피터를 사용하여 감쇠현상을 완화
• 지연왜곡
  • 주로 유선 전송 매체에서 발생하는 오류
  • 같은 매체를 통해 전송되는 여러 신호가 주파수에 따라 전송속도가 달라 발생
  • 각 신호의 도달 시간 차이로 인해 왜곡 발생
• 상호 변조 잡음
  • 서로 다른 주파수의 신호들이 하나의 전송 매체를 공유할 때, 주파수 간의 상호작용으로 새로운 주파수 생성
  • 이로 인해 원하지 않는 신호가 혼합되어 발생하는 잡음
• 충격 잡음
  • 순간적으로 높은 진폭을 잡음
  • 외부적인 요인 또는 기계적 결함으로 발생
  • 데이터 전송에 짧지만 심각한 영향을 줄 수 있음

 

4) 전송 오류 제어 방식

• 전진 오류 수정(FEC, Forward Error Correction)
  
  • 수신측에서 재전송 요구 없이 스스로 오류를 검출하고 수정하는 방식
  • ex) 해밍코드, 상승코드
• 후진 오류 수정(BEC,Backward Error Correction)
  • 오류를 발견시 송신측에 재전송을 요구하는 방식
  • 오류제어는 ARQ(Automatic Repeat reQuest)에 의해 수행됨

 

5) 오류 검출

• 패리티 검사
  • 데이터 블록 끝에 추가되는 페리티 비트를 통해 오류 검출
• 순환 중복 검사(CRC)
  • 데이터 뒤에 오류 검출 코드인 FCS를 추가하는 방식
• 체크섬
  • 간단한 방법으로 데이터 오류 검출
  • 데이터 워드의 순서 변경과 같은 오류는 검출하지 못함
• 해밍코드(Hamming Code)
  • 수신측에서 오류를 검출하고 자동으로 수정하는 방식
  • 1비트 오류 수정 가능
  • 검출가능한 최대 오류 수 : 해밍거리 -1 
  • 정정가능한 최대 오류 수 : (해밍거리 - 1)/2
• 상승코드
  • 순차적 디코딩 및 한계값 디코딩을 사용한 오류 수정 방식
  • 해밍코드와 유사하게 오류를 검출하고 정정
  • 여러비트 오류 수정 가능