[정보처리기사 필기] 5과목 - 네트워크 및 프로토콜, DB 회복, 교착상태

네트워크 설치 구조

성형(Star, 중앙 집중형)

• 중앙에 중앙 컴퓨터가 있고, 이를 중심으로 단말장치들이 연결되는 중앙 집중식의 네트워크 구성 형태
• Point-to-Point 방식으로 회선 연결

 

링형(Ring,루프형)

• 컴퓨터와 단말장치들을 서로 이웃하는 것끼리 Point-to-Point 방식으로 연결시킨 형태
• 분산 및 집중 제어 모두 가능
• 데이터는 단방향 또는 양방향으로 전송 가능
• 단방향 링의 경우 컴퓨터, 단말 장치, 통신 회선 중 어느 하나라도 고장나면 전체 통신망에 영향을 끼짐

 

버스형(Bus)

• 한 개의 통신 회선에 여러 대의 단말장치가 연결되어 있는 형태
• 물리적 구조가 간단하고, 단말장치의 추가와 제거가 용이
• 단말장치가 고장나더라도 통신망 전체에 영향을 주지 않기 때문에 신뢰성을 높일 수 있음

 

계층형(Tree,분산형)

• 중앙 컴퓨터와 일정 지역의 단말장치까지는 하나의 통신 회선으로 연결시키고, 이웃하는 단말장치는 일정 지역 내에 설치된 중간 단말 장치로부터 다시 연결시키는 형태

 

링형(Mesh)

• 모든 지점의 컴퓨터와 단말장치를 서로 연결한 형태로, 노드의 연결성이 높음
• 많은 단말장치로부터 많은 양의 통신을 필요로 하는 경우에 유리함
• 보통 공중 데이터 통신망에서 사용되며, 통신 회선의 총 경로가 가장 김
• 모든 노드를 망형으로 연결하려면 노드의 수가 n개일 때, n(n-1)/2개의 회선이 필요하고 노드당 n-1개의 포트가 필요함

 

 

VLAN(Virtual LAN)

LAN의 물리적인 배치와 상관없이 논리적으로 분리하는 기술, 접속된 장비들의 성능 및 보안성을 향상 시킬 수 있음

 

 

LAN 표준안

IEEE802

• 802.1 : 전체의 구성, OSI 참조 모델과의 관계, 통신망 관리 등에 관한 규약
• 802.2 : 논리 링크 제어(LLC) 계층에 관한 규약
• 802.3 : CSMA/CD 방식의 매체 접근 제어 계층에 관한 규약
• 802.4 : 토큰 버스 방식의 매체 접근 제어 계층에 관한 규약
• 802.5 : 토큰 링 방식의 매체 접근 제어 계층에 관한 규약
• 802.6 : MAN에 관한 규약
• 802.9 :  종합 음성/데이터 네트워크에 관한 규약
• 802.11 : 무선 LAN에 관한 규약

 

IEEE802.11 버전

• 802.11(초기 버전) : 2.4GHz 대역 전파와 CSMA/CA 기술을 사용해 최고 2Mbps까지의 전송 속도 지원
• 802.11a : 5GHz 대역의 전파를 사용하며, OFDM 기술을 사용해 최고 54Mbps까지의 전송 속도를 지원
• 802.11b : 802.11 초기 버전의 개선안으로 등장하였으며, 초기 버전의 대역 전파와 기술을 사용해 최고 11Mbps의 전송 속도로 기존에 비해 5배 이상 빠르게 개선됨
• 802.11e : 802.11의 부가 기능 표준으로, QoS 기능이 지원되도록 하기 위해 매체 접근 제어(MAC) 계층에 해당하는 부분을 수정함
• 802.11g : 2.4GHz 대역의 전파를 사용하지만 5GHz 대역의 전파를 사용하는 802.11a와 동일한 최고 54Mbps까지의 전송 속도를 지원
• 802.11i : 802.11의 보안 기능 표준으로, 인증방식에 WPA/WPA2를 사용함
• 802.11n : 2.4GHz 대역과 5GHz 대역을 사용하는 규격으로, 최고 600Mbps까지의 전송 속도를 지원함

 

 

CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

무선 랜에서 데이터 전송 시 매체가 비어있음을 확인한 뒤 충돌을 피하기 위해 일정한 시간을 기다린 후 데이터를 전송하는 방법

• 회선을 사용하지 않는 경우에도 확인 신호를 전송하여 동시 전송에 의한 충돌을 예방

 

 

경로 제어 프로토콜(Routing Protocol)

GP(Interior Gateway Protocol, 내부 게이트웨이 프로토콜)

• 하나의 자율 시스템(AS) 내의 라우팅에 사용되는 프로토콜
• RIP(Routing Information Protocol)
  • 현재 가장 많이 사용되는 라우팅 프로토콜
  • 거리 벡터 라우팅 프로토콜이라고도 불림
  • 최단 경로 탐색에 Bellman-Ford 알고리즘이 사용
  • 소규모 동종의 네트워크(자율 시스템, AS) 내에서 효율적인 방법
  • 최대 홉(Hop)수를 15로 제한하므로 15 이상의 경우는 도달할 수 없는 네트워크를 의미

 

• OSPF(Open Shortest Path First protocol)
  • RIP의 단점을 해결하여 새로운 기능을 지원하는 인터넷 프로토콜, 대규모 네트워크에서 많이 사용
  • 인터넷 망에서 이용자가 최단 경로를 선정할 수 있도록 라우팅 정보에 노드 간의 거리 정보, 링크 상태 정보를 실시간으로 반영하여 최단 경로로 라우팅을 지원
  • 최단 경로 탐색에 Dijkstra 알고리즘을 사용
  • 라우팅 정보에 변화가 생길 경우 변화된 정보만 네트워크 내의 모든 라우터에 알림
  • 하나의 자율 시스템에서 동작, 내부 라우팅 프로토콜의 그룹에 도달

 

EGP(Exterior Gateway Protocol, 외부 게이트웨이 프로토콜)

• 자율 시스템(AS) 간의 라우팅, 즉 게이트웨이 간의 라우팅에 사용되는 프로토콜

 

BGP(Border Gateway Protocol)

• 자율 시스템(AS) 간의 라우팅 프로토콜로, EGP의 단점을 보완하기 위해 만들어짐
• 초기에 BGP 라우터들이 연결될 때에는 전체 경로 제어표(라우팅 테이블)를 교환하고, 이후에는 변화된 정보만을 교환함

 

 

흐름 제어(Flow Control)

네트워크 내의 원활한 흐름을 위해 송수신 측 사이에 전송되는 패킷의 양이나 속도를 규제하는 기능

 

정지-대기(Stop-and-Wait)

• 수신 측의 확인 신호(ACK)를 받은 후에 다음 패킷을 전송하는 방식
• 한 번에 하나의 패킷만을 전송할 수 있음

 

슬라이딩 위도우(Sliding Window)

• 확인 신호, 즉 수신 통지를 이용하여 송신 데이터의 양을 조절하는 방식
• 수신 측의 확인 신호를 받지 않더라도 미리 정해진 패킷의 수만큼 연속적으로 전송하는 방식으로, 한 번에 여러 개의 패킷을 전송할 수 있어 전송 효율이 좋음
• 송신 측은 수신 측으로부터 확인 신호(ACK)없이도 보낼 수 있는 패킷의 최대치를 미리 약속받는데, 이 패킷의 최대치를 미리 약속받는데, 이 패킷의 최대치가 윈도우 크기(Window Size)를 의미함
• 윈도우 크기(Window Size)는 상황에 따라 변함, 수신 측으로부터 이전에 송신한 패킷에 대한 긍정 수신 응답(ACK)이 전달된 경우 윈도우 크기는 증가하고, 수신 측으로부터 이전에 송신한 패킷에 대한 부정 수신 응답(NAK)이 전달된 경우 윈도우 크기는 감소

 

 

회복(Recovery)

트랜잭션들을 수행하는 도중 장애가 발생하여 데이터베이스가 손상되었을 때 손상되기 이전의 정상 상태로 복구하는 작업

 

연기 갱신 기법(Deferred Update)

• 트랜잭션이 성공적으로 완료될 때까지 데이터베이스에 대한 실질적인 갱신을 연기하는 기법
• 트랜잭션이 수행되는 동안 갱신된 내용은 일단 Log에 보관
• 트랜잭션의 부분 완료(성공적인 완료 직전) 시점에 Log에 보관한 갱신 내용을 실제 데이터베이스에 기록
• 트랜잭션이 부분 완료되기 전에 장애가 발생하여 트랜잭션이 Rollback되면 트랜잭션이 실제 데이터베이스에 영향을 미치지 않았기  때문에 어떠한 갱신 내용도 취소(Undo) 시킬 필요 없이 무시
• Redo 작업만 가능

 

즉각 갱신 기법(Immediate Update)

• 트랜잭션이 데이터를 갱신하면 트랜잭션이 부분 완료되기 전이라도 즉시 실제 데이터베이스에 반영하는 기법
• 장애가 발생하여 회복 작업할 경우를 대비하여 갱신 내용들은 Log에 보관
• 회복 작업을 할 때는 Redo와 Undo 모두 사용가능

 

그림자 페이지 대체 기법(Shadow Paging)

• 갱신 이전의 데이터베이스를 일정 크기의 페이지 단위로 구성하여 각 페이지마다 복사본인 그림자 페이지로 별도 보관, 실제 페이지를 대상으로 트랜잭션에 의한 갱신 작업을 하다가 장애 발생하여 Rollback 시킬 때, 갱신된 이후의 실제 페이지 부분에 그림자 페이지를 대체하여 회복 시키는 기법
• 로그, Undo, Redo 알고리즘이 필요 없음

 

검사점 기법(Check Point)

• 트랜잭션 실행 중 특정 단계에서 재실행할 수 있도록 갱신 내용이나 시스템에 대한 상황 등에 관한 정보와 함께 검사점을 로그에 보관해 두고, 장애 발생 시 트랜잭션 전체를 철회하고 않고 검사점부터 회복 작업을 하여 회복시간을 절약하도록하는 기법

 

 

병행제어(Concurrency Control)

다중 프로그램의 이점을 활용하여 동시에 여러 개의 트랜잭션을 병행 수행할 때, 동시에 실행되는 트랜잭션들이 데이터베이스의 일관성을 파괴하지 않도록 트랜잭션 간의 상호 작용을 제어하는 것

 

로킹(Locking)

• 주요 데이터의 액세스를 상호 배타적으로 하는 것
• 트랜잭션들이 어떤 로킹 단위를 액세스하기 전에 Lock(잠금)을 요청해서 Lock이 허락되어야만 그 로킹 단위를 액세스할 수 있도록 하는 기법

 

타임스탬프 순서(Time Stamp Ordering)

• 직렬선 순서를 결정하기 위해 트랜잭션 간의 처리 순서를 미리 선택하는 기법들 중에서 가장 보편적인 방법
• 트랜잭션과 트랜잭션이 읽거나 갱신한 데이터에 대해 트랜잭션이 실행을 시작하기 전에 시간 표(Time Stamp)를 부여하여 부여된 시간에 따라 트랜잭션 작업을 수행하는 기법
• 교착상태가 발생하지 않음

 

최적 병행수행(검증 기법, 확인 기법, 낙관적 기법)

• 병행 수행하고자 하는 대부분의 트랜잭션이 판독 전용(Read Only) 트랜잭션일 경우, 트랜잭션 간의 충돌률이 매우 낮아서 병행제어 기법을 사용하지 않고 실행되어도 이 중의 많은 트랜잭션은 시스템의 상태를 일관성 있게 유지한다는 점을 이용하는 기법

 

다중 버전 기법

• 타임 스탬프의 개념을 이용하는 기법으로, 다중 버전 타임 스탬프 기법이라고도 함
• 타임 스탬프 기법은 트랜잭션 및 데이터들이 이용될 때의 시간을 시간을 시간표로 관리하지만, 다중 버전 기법은 갱신될 때마다의 버전을 부여하여 관리

 

 

로킹 단위(Locking Granularity)

• 병행 제어에서 한꺼번에 로킹할 수 있는 객체의 크기
• 데이터베이스, 파일, 레코드, 필드 등이 로킹 단위가 될 수 있음
• 로킹 단위가 크면 로크 수가 작아 관리하기 쉽지만 병행성 수준이 낮아지고, 로킹 단위가 작으면 로크 수가 많아 관리하기 복잡해 오버헤드가 증가하지만 병행성 수준이 높아짐

 

 

교착 상태(Dead Lock)

상호 배제에 의해 나타나는 문제점으로 둘 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 현상

 

필요 충분 조건

 

• 상호배제(Mutual Exclusion)
  • 한번에 한 개의 프로세스만이 공유 자원을 사용할 수 있어야함

 

• 점유와 대기(Hold and Wait) 
  • 최소한 하나의 자원을 점유하고 잇으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용되고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 있어야함

 

• 비선점(Non-preemption)
  • 다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없어야함

 

• 환형 대기(Circular Wait)
  • 공유 자원과 공유 자원을 사용하기 위해 대기하는 프로세스들이 원형으로 구성되어 있어 자신에게 할당된 자원을 점유하면서 앞이나 뒤에 있는 프로세스의 자원을 요구

 

교착상태의 해결 방법

• 예방 기법(Prevention)
  • 교착상태가 발생하지 않도록 사전에 시스템을 제어하는 방법으로 교착상태 발생의 네 가지 조건 중에서 어느 하나를 제거(부정)함으로써 수행
  • 자원의 낭비가 가장 심한 기법

 

• 회피 기법(Avoidance)
  
  • 교착 상태가 발생할 가능성을 배제하지 않고 교착상태가 발생하면 적절히 피해나가는 방법
  • 주로 은행원 알고리즘(Banker's Alogrithm)이 사용
  • 은행원 알고리즘(Banker's Alogrithm) : E.J Dijkstra가 제안, 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는 데서 유래

 

• 발견 기법(Detection)
  • 시스템에 교착상태가 발생했는지 점ㄱ머하여 교착상태에 있는 프로세스와 자원을 발견하는 것
  • 교착상태 발견 알고리즘과 자원 할당 그래프 등을 사용

 

• 회복 기법(Recovery)
  • 교착상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나 교착 상태의 프로세스에 할당된 자원을 선점하여 프로세스나 자원을 회복하는 것을 의미