[CS] 기본이론_2

1. 자료구조

자료구조의 분류

정의

자료를 효율적으로 표현하고 처리할 수 있도록 정리하는것

자료의 분류

단순구조 (정수, 실수, 문자, 문자열 등의 기본 자료형)

선형구조 (자료들 사이의 관계가 1:1관계/ 순차 리스트, 연결 리스트, 스택, 큐, 데크 등)

비선형구조 (자료들 사이의 관계가 1:다, 또는 다:다 관계/트리, 그레프 등)

파일 구조 (서로 관련있는 필드로 구성된 레코드 집합인 파일에 대한 구조, 순차파일, 색인파일, 직접파일 등)

순차 자료구조

순차 자료구조의 개념

구현할 자료들을 논리적 순서로 메모리에 연속 저장하는 구현 방식

논리적인 순서와 물리적인 순서가 항상 일치해야 함

C프로그래밍에서 순차 자료구조의 구현 방식 제공하는 프로그램 기법은 배열

선형리스트

리스트

자료를 구조화 하는 가장 기본적인 방법은 나열하는 것

선형 리스트

순서 리스트

자료들 간에 순서를 갖는 리스트

연결자료구조

자료의 논리적인 순서와 물리적인 순서가 불일치

각 원소에 저장되어 있는 다음 원소의 주소에 의해 순서가 연결되는 방식

물리적인 순서를 맞추기 위한 오버헤드가 발생하지 않음

연결리스트의 종류

연결하는 방식에 따라 단순 연결 리스트와 원형 연결 리스트, 이중 연결

리스트, 이중 원형 연결 리스트

연결리스트

단순 연결 리스트

단순 연결리스트의 개념

노드가 하나의 링크 필드에 의해서 다음 노드와 연결되는 구조를 가짐

연결 리스트, 선형 연결 리스트, 단순 연결 선형 리스트

원형 연결 리스트

단순 연결 리스트에서 마지막 노드가 리스트의 첫 번째 노드와 연결된 리스트

단순 연결 리스트의 마지막 노드의 링크 필드에 첫 번째 노드 연결

링크를 따라 계속 순회하면 이전 노드에 접근 가능

이중 연결 리스트

양쪽 방향으로 순회할 수 있도록 노드를 연결한 리스트

순차 자료구조와 연결 자료구조의 비교

구분	순차 자료구조	연결 자료구조
메모리 저장 방식	메모리의 저장 시작 위치부터 빈자리 없이 자료를 순서대로 연속하여 저장, 논리적 순서와 물리적 순서가 일치	메모리에 저장된 물리적 위치가 순서와 상관없이 링크에 의해서 논리적인 순서를 표현하는 구현 방식
연산 특징	삽입, 삭제 연산 후 자료가 순서대로 연속하여 저장 변경된 논리적인 순서와 물리적 순서가 일치	삽입, 삭제 연산을 하여 논리적인 순서가 변경되어도, 링크 정보만 변경되고, 물리적인 순서가 변경되지 않음
프로그램 기법	배열을 이용	포인터를 이용

스택

스택의 정의

접시를 쌓듯이 자료를 차곡차곡 쌓아 올린 형태의 자료구조

스택에 저장된 원소는 top으로 정한 곳에서만 접근 가능

Top의 위치에서만 원소를 삽입하므로, 먼저 삽입한 원소는 밑에 쌓이고, 나중에 삽입한 원소는 위에 쌓이는 구조

마지막에 삽입(Last-In)한 원소는 맨 위에 쌓여있다가 가장 먼저 삭제(First-Out)됨

후입선출 구조(LIFO, Last-In-First-Out)

큐

큐의 정의

스택과 비슷한 삽입과 삭제의 위치가 제한되어 있는 유한 순서 리스트

큐는 뒤에서는 삽입만 하고, 앞에서는 삭제만 할 수 있는 구조

삽입한 순서대로 원소가 나열되어 가장 먼저 삽입(First-In)한 원소는 맨 앞에 있다가 가장 먼저 삭제(First-Out)됨

선입선출 구조(FIFO, First-In-First-Out)

스택과 큐의 연산 비교

	삽입연산		삭제연산
자료구조	연산자	삽입위치	연산자	삭제위치
스택	PUSH	TOP	POP	TOP
큐	enQueue	rear	deQueue	front

데크(Deque : Double-ended queue)

데크의 정의

큐 두 개 중 하나를 좌우로 뒤집어서 붙인 구조

큐의 양쪽 끝에서 삽입 연산과 삭제 연산을 수행할 수 있도록 확장한 자료구조

트리

트리(tree)의 정의

원소들 간에 1:n 관계를 가지는 비선형 자료구조

원소들 간에 계층관계를 가지는 계층형 자료구조 (Hierarchical Data Structure)

상위 원소에서 하위 원소로 내려가면서 확장되는 트리 모양의 구조

이진트리

이진트리의 정의

트리의 모든 노드의 차수를 2 이하로 제한하여 전체 트리의 차수가 2 이하가 되도록 정의

이진트리의 모든 노드는 왼쪽 자식 노드와 오른쪽 자식 노드만 가짐

부모 노드와 자식 노드 수와의 관계 -> 1:2

공백 노드도 자식 노드로 취급

0<= 노드의 차수 <= 2

이진트리의 종류

포화 이진트리 Full Binary Tree

모든 레벨에 노드가 포화상태로 차 있는 이진트리

완전 이진트리 Complete Binary Tree

높이가 h이고 노드 수가 n개일 때 (단, n < 2h+1-1), 노드 위치가 포화 이진트리에서의 노드 1번부터 n번까지의 위치와 완전히 일치하는 이진트리

편향 이진트리 Skewed Binary Tree

높이가 h일 때 h+1개의 노드를 가지면서 모든 노드가 왼쪽이나 오른쪽 중 한 방향으로만 서브 트리를 가지고 있는 트리

그래프

그래프의 정의

연결되어 있는 원소 사이의 다:다 관계를 표현하는 자료구조

그래프 G

객체를 나타내는 정점(vertex)과 객체를 연결하는 간선(edge)의 집합

G = (V,E)

V 는 그래프에 있는 정점들의 집합

E는 정점을 연결하는 간선들의 집합

그래프의 종류

무방향 그래프(undirected graph)

두 정점을 연결하는 간선에 방향이 없는 그래프

방향 그래프(directed graph), 다이그래프(digraph)

간선에 방향이 있는 그래프

완전 그래프(complete graph)

각 정점에서 다른 모든 정점을 연결하여 최대로 많은 간선 수를 가진 그래프

부분 그래프(subgraph)

원래의 그래프에서 정점이나 간선을 일부만 제외하여 만든 그래프

가중 그래프(weight graph), 네트워크(network)

정점을 연결하는 간선에 가중치(weight)를 할당한 그래프

알고리즘

알고리즘의 정의

문제해결 방법을 추상화 하여 단계적 절차를 논리적으로 기술해 놓은 명세서

알고리즘의 조건

입력 : 알고리즘 수행에 필요한 자료가 외부에서 입력으로 제공

출력 : 알고리즘 수행 후 하나 이상의 결과를 출력

명확성 : 수행할 작업의 내용과 순서를 나타내는 알고리즘의 명령어들은 명확하게 정의되어야 함

유한성 : 알고리즘은 수행 뒤에 반드시 종료

효과성 : 알고리즘의 모든 명령어들은 기본적이며 실행이 가능해야 함

알고리즘 표현방법

자연어를 이용한 서술적 표현 방법

순서도(Flow chart)를 이용한 도식화 표현 방법

프로그래밍 언어를 이용한 구체화 방법

가상코드(Pseudo-code)를 이용한 추상화 방법

알고리즘 성능기준

정확성 : 올바른 자료 입력 시 유한한 시간 내에 올바른 결과 출력 여부

명확성 : 알고리즘이 얼마나 이해하기 쉽고 명확하게 작성되었는가

수행량 : 일반적인 연산 제외, 알고리즘 특성 나타내는 중요 연산 모두 분석

메모리 사용량 : 알고리즘 연산시 메모리의 사용량

최적성 : 가장 중요한 요소로 최적화 된 성능을 가져야 함

정렬

정렬의 정의

순서 없이 배열된 자료를 작은 것부터 큰 것 순서인 오름차순(Ascending)이나 큰 것부터 작은 것 순서인 내림차순(Descending)으로 재배열하는 것

키(Key) - 자료를 정렬하는데 사용하는 기준이 되는 특정 값

정렬의 종류

선택 정렬(selection sort)

전체 원소들 중에서 기준 위치에 맞는 원소를 선택하여 자리를 교환하는 방식으로 정렬

버블 정렬(bubble sort)

인접한 두 개의 원소를 비교하여 자리를 교환하는 방식

퀵 정렬(quick sort)

정렬할 전체 원소에 대해서 정렬을 수행하지 않고, 기준 값을 중심으로 왼쪽 부분 집합과 오른쪽 부분 집합으로 분할하여 정렬하는 방법

삽입 정렬(insert sort)

정렬되어있는 부분집합에 정렬할 새로운 원소의 위치를 찾아 삽입하는 방법

검색(search)

검색의 정의

컴퓨터에 저장한 자료 중에서 원하는 항목을 찾는 작업

탐색 키를 가진 항목을 찾는 것

탐색 키(search key)

자료를 구별하여 인식할 수 있는 키

삽입/삭제 작업에서의 검색

원소를 삽입하거나 삭제할 위치를 찾기 위해서 검색 연산 수행

수행 위치에 따른 분류

내부 검색 : 메모리 내의 자료에 대해서 검색 수행

외부 검색 : 보조 기억 장치에 있는 자료에 대해서 검색 수행

검색 방식에 따른 분류

비교 검색 방식 : 검색 대상의 키를 비교하여 검색, 순차검색, 이진검색, 트리검색

계산 검색 방식 : 계수적인 성질을 이용한 계산으로 검색, 해싱

순차 검색(sequential search), 선형 검색(linear search)

일렬로 된 자료를 처음부터 마지막까지 순서대로 검색하는 방법

색인 순차 검색(index sequential search)

정렬되어 있는 자료에 대한 인덱스 테이블(index)을 추가로 사용하여 탐색 효율을 높인 검색 방법

이진 검색, 이분 검색, 보간 검색

자료의 가운데에 있는 항목을 키 값과 비교하여 다음 검색 위치를 결정하여 검색을 계속하는 방법

이진트리 검색

이진 탐색 트리를 사용한 검색 방법

해싱

산술적인 연산을 이용하여 키가 있는 위치를 계산하여 바로 찾아가는 계산 검색 방식

검색 방법

키 값에 대해서 해시 함수를 계산하여 주소를 구하고, 구한 주소에 해당하는 해시 테이블로 바로 이동

2. 데이터베이스

데이터의 분류

정형 데이터

구조화된 데이터, 즉 미리 정해진 구조에 따라 저장된 데이터
예) 엑셀의 스프레드시트, 데이터베이스의 테이블

반정형 데이터

구조에 따라 저장된 데이터이지만 데이터 내용 안에 구조에 대한 설명이 함께 존재

구조를 파악하는 파싱(parsing) 과정이 필요
예) HTML, XML, JSON 문서나 웹 로그, 센서 데이터

비정형 데이터

정해진 구조가 없이 저장된 데이터
예) 소셜 데이터의 텍스트, 영상, 이미지, 워드나 PDF 문서와 같은 멀티미디어 데이터

데이터베이스 관리시스템의 정의

1세대

네트워크 DBMS(그래프 형태), 계층 DBMS(트리 형태)

2세대 (관계 DBMS)

데이터베이스를 테이블 형태로 구성

오라클, MS SQL 서버, MySQL

3세대 (객체지향 DBMS, 객체관계 DBMS)

객체지향 DBMS : 객체를 이용해 데이터베이스를 구성

오투(O2), 온투스(ONTOS), 젬스톤(GemStone)

객체관계 DBMS : 객체 DBMS + 관계 DBMS

4세대 (NoSQL/NewSQL DBMS)

NoSQL DBMS : 비정형 데이터를 처리하는데 적합하고 확장성이 뛰어남

몽고디비(MongoDB), 카산드라(Cassandra)

NewSQL DBMS : 관계 DBMS의 장점 + NoSQL의 확장성 및 유연성

구글 스패너(Spanner), 볼트DB(VoltDB), 누오DB(NuoDB)

데이터베이스 용어

스키마(schema) == 테이블(Table)

데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것

인스턴스(instance)

스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값

데이터 독립성(data independency)

하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성

논리적 데이터 독립성

개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마는 영향을 받지 않음

물리적 데이터 독립성

내부 스키마가 변경되어도 개념 스키마는 영향을 받지 않음

데이터베이스 언어

데이터 정의어(DDL; Data Definition Language)

스키마를 정의하거나, 수정 또는 삭제하기 위해 사용

CREATE, ALTER, DROP, RENAME, TRUNCATE

데이터 조작어(DML; Data Manipulation Language)

데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색 등의 처리를 요구하기 위해 사용

절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 구분

SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE

데이터 제어어(DCL; Data Control Language)

내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하기 위해 사용

GRANT, REVOKE

View의 정의

관계 데이터베이스의 데이터베이스 언어 SQL에서 하나 이상의 테이블(또는 다른 뷰)에서 원하는 모든 데이터를 선택하여, 그들을 사용자 정의하여 나타낸 것

데이터를 실제로 저장하지 않고 논리적으로만 존재하는 테이블이지만, 일반 테이블과 동일한 방법으로 사용함

데이터베이스 인덱스

인덱스의 정의

데이터베이스 분야에 있어서 테이블에 대한 동작의 속도를 높여주는 자료 구조

인덱스는 테이블 내의 1개의 컬럼, 혹은 여러 개의 컬럼을 이용하여 생성

고속의 검색 동작 뿐만 아니라 레코드 접근과 관련 효율적인 순서 매김 동작에 대한 기초를 제공

관계 데이터 모델 키(Key)

릴레이션에서 투플들을 유일하게 구별하는 속성 또는 속성들의 집합

키의 특성

유일성(uniqueness) : 하나의 릴레이션에서 모든 투플은 서로 다른 키 값을 가져야 함

최소성(minimality) : 꼭 필요한 최소한의 속성들로만 키를 구성함

키의 종류

슈퍼키(super key) : 유일성을 만족하는 속성 또는 속성들의 집합, 고객아이디, (고객아이디, 고객이름)

후보키(candidate key) : 유일성과 최소성을 만족하는 속성 또는 속성들의 집합, 고객아이디, (고객이름, 주소) 등

기본키(primary key) : 후보키 중에서 기본적으로 사용하기 위해 선택한 키, 고객아이디

대체키(alternate key) : 기본키로 선택되지 못한 후보키

외래키(foreign key) : 다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 속성 또는 속성들의 집합

제약조건

무결성 제약조건(integrity constraint)

데이터의 무결성을 보장하고 일관된 상태로 유지하기 위한 규칙

무결성 : 데이터를 결함이 없는 상태, 즉 정확하고 유효하게 유지하는 것

개체 무결성 제약조건(entity integrity constraint)

기본키를 구성하는 모든 속성은 널 값을 가질 수 없는 규칙

참조 무결성 제약조건(referential integrity constraint)

외래키는 참조할 수 없는 값을 가질 수 없는 규칙

데이터베이스 기출문제

View에 대해 설명하시오.

답변 Point : View 사용 경험을 예를 들어서 설명하자

예시 : 관광정보 정보서비스 제공 프로젝트를 개발할 때 제공되는
정보에는 관광정보에 관광 후기 / 사진정보 등의 여러 정보를 제공해야 했는데,
하나의 쿼리로 데이터를 불러오는 것이 쉽지 않아서 관광정보의 목록을 보여주는 View와
관광지의 정보를 보여주는 View를 만들어서 사용하였습니다.

인덱스에 대해 설명하시오.

답변 Point : 인덱스 사용 경험을 예를 들어서 설명하자.
인덱스를 사용할 때와 사용하지 않을 때의 결과를 비교해서 설명하자.

예시 : 관광정보를 제공하는 서비스를 개발하면서 관광정보에 대한 사용자 후기 정보를 크롤링해서 수집했습니다.
관광정보의 후기 정보의 수집건수가 만 건 이상이 수집되면서 조회속도와 검색 속도가 많이 늦어졌습니다.
이 부분을 해결하기 위해서 검색의 대상이 되는 필드에 대해서 인덱스를 설정하여 속도를 향상하였습니다.

3. 컴퓨터구조

폰노이만 구조

개요

CPU, 메모리, 입출력장치, 저장장치가 버스로 연결되어 있는 구조

폰노이만 구조의 가장 큰 특징은 저장장치에서 바로 실행할 수 없고 메모리로 가지고 올라와야 실행이 가능함

메모리 관리가 중요한 이슈

컴퓨터 시스템 구성요소

프로세서(Processor)

운영체제와 가장 밀접한 하드웨어로 각 부분의 동작 제어 및 연산 수행

버스(Bus)

프로세서를 포함한 각 장치 간 또는 서브시스템을 서로 연결하여 정보(데이터)를 주고받을 수 있게 해주는 통로

레지스터(Register)

프로세서에 위치한 고속 메모리로 프로세서가 바로 사용할 수 있는 데이터 저장

메모리(Memory)

메모리 계층 구조는 1950년 ~ 1960년대 메인 메모리의 높은 가격으로 인해 제안된 방법으로, 다양한 레벨의 메모리를 연결하여 비용, 속도, 용량, 접근 시간 등을 상호 보완

주변장치

컴퓨터의 기능을 향상시키기 위한 추가 장비

운영체제 아키텍쳐

모놀리식 커널

모든 컴포넌트 커널에 포함

호출 기능만으로 다른 구성 요소와 통신 가능

컴퓨터 시스템에 제한 없이 접근

높은 성능

오류나 악성 코드에 취약

마이크로커널

소수의 서비스만 제공

커널 규모 감소, 규모 확장성 향상

구성 요소를 낮은 수준의 권한으로 커널 외부에서 실행

확장성, 이식성, 규모 확장성 향상

모듈 간의 통신이 많아 성능 감소

커널

프로세스 관리, 메모리 관리, 저장장치 관리와 같은 운영체제의 핵심적인 기능을 모아 놓은 것

단일형 구조 커널

모듈 간의 통신 비용이 줄어들어 효율적인 운영이 가능

계층형 구조 커널

비슷한 기능을 가진 모듈을 묶어서 하나의 계층으로 만들고 계층 간의 통신을 통해 운영체제를 구현하는 방식

마이크로 구조 커널

프로세스 관리, 메모리 관리, 프로세스 간 통신 관리 등 가장 기본적인 기능만 제공

커널의 각 모듈은 세분화되어 존재하고 모듈 간의 정보교환은 프로세스 간 통신을 이용하여 이루어짐

가상머신

가상머신의 정의

운영체제와 응용 프로그램 사이에서 작동하는 프로그램

가상머신을 설치하면 응용 프로그램이 모두 동일한 환경에서 작동하는 것처럼 보임

자바는 유닉스와 윈도우에서 작동하는 다양한 가상머신을 만들어 배포하는데 이를 자바 가상머신 JavaVirtual Machine, JVM 이라고 함

시스템의 주요개념

캐시

고속 메모리

캐시 적중(cache hit) - 참조하는 정보가 캐시 메모리에 있는 경우

캐시 실패(cache miss) - 참조하는 정보가 메모리에 없는 경우

메모리 참조의 상당수가 캐시 적중되어야 성능 향상 가능

캐시의 예 - L1과 L2 프로세서 캐시

메인 메모리의 일정 부분을 할당해 2차 저장소의 데이터를 캐시하는데 활용

버퍼

장치들 사이 혹은 다른 속도로 동작하는 프로세스들 사이에서 데이터를 전송할 때 일시적으로 데이터를 보관하는 저장영역

소프트웨어와 하드웨어 장치들이 데이터를 비동기적으로 전송하게 함으로써 시스템 성능 향상

스풀링

한 프로세스와 저속 또는 버퍼가 제한된 입출력 장치 사이에 디스크와 같은 중간 매개체를 두는 기술

폴링

CPU가 직접 입출력장치에서 데이터를 가져오거나 내보내는 방식

CPU가 입출력장치의 상태를 주기적으로 검사하여 일정한 조건을 만족할 때 데이터를 처리

CPU가 명령어 해석과 실행이라는 본래 역할 외에 모든 입출력까지 관여해야 하므로 작업 효율이 떨어짐

인터럽트

입출력 관리자가 대신 입출력을 해주는 방식

CPU의 작업과 저장장치의 데이터 이동을 독립적으로 운영함으로써 시스템의 효율을 높임

데이터의 입출력이 이루어지는 동안 CPU가 다른 작업을 할 수 있음

인터럽트의 종류

외부 인터럽트 : 입출력장치로부터 오는 인터럽트뿐 아니라 전원 이상이나 기계적인 오류 때문에 발생하는 인터럽트를 포함

내부 인터럽트 : 프로세스의 잘못이나 예상치 못한 문제 때문에 발생하는 인터럽트

시그널 : 사용자가 직접 발생시키는 인터럽트

리눅스 커널

리눅스 커널의 역할

기본적으로 인터럽트 또는 시스템 콜에 의해 수행됨

모든 작업에 우선하여 동작하는 프로그램

CPU, 메모리, 하드디스크 등의 하드웨어 자원을 제어하여 운영체제의 기본적인 기능을 사용자에게 제공

프로세스 스케줄링

기억장치 관리

파일 시스템 관리

네트워크 관리

시스템 콜 인터페이스

오퍼레이터 콘솔 및 인터페이스 기능

멀티 프로그래밍 지원

파일시스템 서비스

입출력 서비스 등

명령 인터프리터(interpreter) 부분은 커널에 내장되어 있지 않으며, 다른 사용자 프로그램과 똑같이 애플리케이션(application) 프로그램으로 독립되어 있음

4. 네트워크

TCP/IP

TCP/IP의 시작

네트워크는 서로 다른 기종의 컴퓨터로 구성되어 있어 각 네트워크 간에 공통으로 사용할 수 있는 프로토콜이 필요

인터넷에서 컴퓨터 간의 통신이 가능하도록 표준화하여 채택한 국제표준통신규약

네트워크와 네트워크를 연결하는 데 사용하는 프로토콜인 TCP/IP는 ‘전송 제어 프로토콜(TCP;Transmission Control Protocol)’과 ‘인터넷 프로토콜(IP; Internet Protocol)’을 의미

인터넷에서 사용하는 응용 프로그램은 대부분 이 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 데이터를 교환

TCP/IP의 구조

응용 계층 - FTP, 텔넷, SMTP, DNS, DHCP

전송 계층 - TCP, TDP -> 포트 주소

네트워크 계층 - IP, ARP, ICMP -> IP 주소

네트워크 접속 계층 - PPP, SLIP -> 물리 주소

물리주소

물리 주소(MAC 주소)는 링크 주소 또는 통신망에서 정의된 노드의 주소, 이더넷 네트워크 인터페이스 카드(NIC) 6바이트(48비트) 주소 등을 말한다.

인터넷 주소

인터넷에서는 기존 물리 주소와는 별도로 각 호스트를 식별할 수 있는 유일한 주소를 지정해야 한다.

포트주소

수신지 컴퓨터까지 전송하려면 IP 주소와 물리 주소가 필요하다.

인터넷 통신의 최종 목적은 한 프로세스가 다른 프로세스와 통신할 수 있도록 하는 것이다.

TCP/IP의 이해

프로토콜의 필요성

네트워크는 서로 다른 기종의 컴퓨터로 구성되어 있어 각 네트워크 간에 공통으로 사용할 수 있는 프로토콜의 필요성이 대두

프로토콜의 정의

컴퓨터 간의 통신이 가능하도록 표준화 하여 채택한 통신규약

TCP/IP의 정의

네트워크와 네트워크를 연결하는 데 사용하는 프로토콜인 TCP/IP는 ‘전송 제어 프로토콜(TCP;Transmission Control Protocol)’과 ‘인터넷 프로토콜(IP; Internet Protocol)’을 의미

인터넷에서 사용하는 응용 프로그램은 대부분 이 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 데이터를 교환

TCP/IP vs OSI 7

유사점	차이점
1. 계층 모델이다	1. TCP/IP 모델의 응용 프로그램 계층은 OSI 계층 모델의 표현 계층과 세션 계층은 포함한다.
2. 응용 프로그램 계층	2. TCP/IP 모델의 네트워크 액세스 계층은 OSI 계층 모델의 데이터 링크 계층과 물리 계층을 포함한다.
3. 트랜스 포트 계층/ 네트워크 계층과 호환되는 계층	3. TCP/IP 프로토콜은 인터넷 표준
4. 패킷 스위칭 기술 기반

TCP/IP 주소

IP Address

인터넷에 연결된 모든 컴퓨터에는 고유의 주소가 부여

현재 사용하는 IP 주소 체계는 IP ver.4이다.

일반 우편 주소를 시, 동, 번지 등으로 구분하는 것처럼 IP 주소도 네트워크 주소(Net ID)와 호스트 주소(Host ID)로 구분

IP 주소를 효율적으로 배정하려고 클래스라는 개념 도입

클래스에는 A,B,C,D,E 다섯 종류

Class A : NET ID (1 Byte) + HOST ID (3 Byte)

Class B : NET ID (2 Byte) + HOST ID (2 Byte)

Class C : NET ID (3 Byte) + HOST ID (1 Byte)

Class D : MULTICAST ADDRESS (4 Byte)

Class E : RESERVED (4 Byte)

IPv4 vs IPv6

구분	IPv4	IPv6
주소 길이	32비트	128비트
표시 방법	8비스씩 4부분 10진수 표시 ex) 203.252.53.55	16비트 8부분 16진수로 표시 ex) 2002:0221:ABCD:DCBA:0000:FFFF:4002
주소 개수	약 43억개	2^128개 (약 43억x43억x43억x43억)
주소할당 방식	A,B,C,D 등의 클래스 단위 비순차 할당	네트워크 규모, 단말기수에 따라 순차할당
브로드캐스트 주소	있음	없음(대신, 로컬범위 내에서 모든 노드에 대한 멀티캐스트 주소 사용
헤더 크기	가변	고정
QoS 제공	미흡	제공
보안	IPSec 프로토콜 별도 설치	IPSec 자체 지원
서비스 품질	제한적 품질 보장 (Type of Service에 의한 서비스 품질 일부 지원)	확장된 품질 보장 (트래픽 클래스, 플로우 레이블에 의한 서비스 품질 지원)
Plug & Play	불가(DHCP 이용 시 가능)	가능

Routing

패킷의 전송 경로를 지정

전송 경로 결정시 고려 사항

공평 원칙 : 다른 패킷의 우선 처리를 위해 다른 패킷이 손해를 보면 안됨

효율 원칙 : 전체 네트워크의 효율성에 대해 고려해야 함

Routing algorithm

간결성과 시스템 및 네트워크 자원의 최소 사용

라우팅 정보의 안정성과 견고성

라우터간의 라우팅 테이블의 빠른 갱신

네트워크 환경 변화에 따른 갱신

Static Routing vs Dynamic Routing

정적 라우팅(Static Routing)

패킷 전송이 이루어지기 전에 경로 정보를 라우터가 미리 저장하여 중개

단점 : 경로 정보의 갱신이 어려우므로, 네트워크 변화/ 네트워크 혼잡도 대처 부족

동적 라우팅(Dynamic Routing)

라우터의 경로 정보가 네트워크 상황에 따라 적절히 조절됨

단점 : 경로 정보의 수집과 관리로 인한 성능 저하

Router

라우터(Router)는 서로 구조가 다른 망을 연결할 수 있어 근거리 통신망(LAN)과 대도시 통신말(MAN), 광대역 통신망(WAN)을 연결하는 데 사용

HTTP 프로토콜

정의

HTTP(Hypertext Transfer Protocol)는 웹의 기본 통신 프로토콜이다.

프로토콜이란 상호 간에 정의한 규칙을 의미하며 특정 기기 간에 데이터를 주고받기 위해 정의되었다.

웹에서 브라우저와 서버 간에 데이터를 주고받기 위한 방식

특징

HTTP 프로토콜은 상태가 없는(stateless) 프로토콜이다.

여기서 상태가 없다 라는 말은 데이터를 주고 받기 위한 각각의 데이터 요청이 서로 독립적으로 관리가 된다는 뜻

좀 더 쉽게 말해서 이전 데이터 요청과 다음 데이터 요청이 서로 관련이 없다는 뜻

이러한 특징으로 서버는 세션과 같은 별도의 추가 정보를 관리하지 않아도 되고, 다수의 요청 처리 및 서버의 부하를 줄일 수 있는 성능 상의 이점이 생김

HTTP 프로토콜은 일반적으로 TCP/IP 통신 위에서 동작하며 기본 포트는 80번이다.

HTTP Request & HTTP Response

요청과 응답을 이해하기 위해서는 클라이언트(Client)와 서버(Server)를 이해해야 한다.

클라이언트란 요청을 보내는 쪽을 의미하며 일반적으로 웹 관점에서는 브라우저를 의미

서버란 요청을 받는 쪽을 의미하며 일반적으로 데이터를 보내주는 원격지의 컴퓨터를 의미

URL

URL의 정의

서버에 자원을 요청하기 위해 입력하는 영문 주소

숫자로 되어 있는 IP 주소보다는 기억하기 쉽기 때문에 사용

URL 구조

http://www.domain.com:1234/path/to/resource?a=b&x=y

http : protocol

www.domain.com : host

1234 : port

path/to/resource : resource path

?a=b&x=y : query

HTTP 요청메소드

요청한 URL을 이용하여 서버에 특정 데이터를 요청

요청하는 데이터에 특정 동작을 수행하고 싶으면 HTTP 요청 메서드(Http Request Methods)를 이용

HTTP 요청 메소드

GET : 존재하는 자원에 대한 요청

POST : 새로운 자원을 생성

PUT : 존재하는 자원에 대한 변경

DELETE : 존재하는 자원에 대한 삭제

이와 같이 데이터에 대한 조회, 생성, 변경, 삭제 동작을 HTTP 요청 메서드로 정의

기타 요청 메서드

HEAD : 서버 헤더 정보를 획듯. GET과 비슷하나 Response Body를 반환하지 않음

OPTIONS : 서버 옵션들을 확인하기 위한 요청. CORS에서 사용

HTTP 상태코드

HTTP 상태코드(HTTP Status Code)

서버에서 설정해주는 응답(Response) 정보

2xx - 성공

200번 대의 사애 코드는 대부분 성공을 의미한다.

200 : GET 요청에 대한 성공

204 : No Content. 성공했으나 응답 본문에 데이터가 없음

205 : Reset Content. 성공했으나 클라이언트의 화면을 새로고침 하도록 권고

206 : Partial Content. 성공했으나 일부 범위의 데이터만 반환

3xx - 리다이렉션

300번 대의 상태 코드는 대부분 클라이언트가 이전 주소로 데이터를 요청하여 서버에서 새 URL로 리다이렉트를 유도하는 경우이다.

301 : Moved Permanently, 요청한 자원이 새 URL에 존재

303 : See Other, 요청한 자원이 임시 주소에 존재

304 : Not Modified, 요청한 자원이 변경되지 않았으므로 클라이언트에서 캐싱된 자원을 사용하도록 권고. ETag와 같은 정보를 활용하여 변경 여부를 확인

4xx - 클라이언트 에러

400번 대의 상태 코드는 대부분 클라이언트의 코드가 잘못된 경우로 유효하지 않은 자원을 요청했거나 요청이나 권한이 잘못된 경우 발생.

400 : Bad Request, 잘못된 요청

401 : Unauthorized, 권한 없이 요청. Authorization 헤더가 잘못된 경우

403 : Foribidden, 서버에서 해당 자원에 대한 접근 금지

405 : Method Not Allowed, 허용되지 않은 요청 메서드

409 : Conflict, 최신 자원이 아닌데 업데이트 하는 경우. ex) 파일 업로드 시 버전 충돌

5xx - 서버에러

500번 대의 상태 코드는 서버 쪽에서 오류가 난 경우이다.

501 : Not Implemented, 요청한 동작에 대해 서버가 수행할 수 없는 경우

503 : Service Unavailable, 서버가 과부하 또는 유지 보수로 내려간 경우

네트워크 기출문제

https://www.test.com 이라면 어떻게 동작하는지 설명하시오.

답변 Point : 네트워크 관점에서 동작을 설명하자.
예시 : 이용자가 웹 브라우저에서 www.test.com을 주소창에 입력하면,
웹 브라우저에서는 www.test.com 도메인에 대한 실제 IP ADDRESS를 .RP 프로토콜을 이용해서 DNS에 조회하게 됩니다.
그 이후에 실제 IP ADDRESS를 이용해서 서버의 80 포트를 통해서 서비스를 제공하는 웹 서버에 해당 도메인에 대한 웹 컨텐츠를 요청합니다.
웹 서버는 웹 브라우저를 위한 별도의 포트에 소켓을 개설하고, 그 소켓은 웹 브라우저와 연결됩니다.
웹 서버는 요청 받은 컨텐츠를 웹 브라우저로 보내게 됩니다.

IPv4와 IPv6에 대해서 비교 설명하시오.

답변 Point : IPv4와 IPv6에 대해서 비교 설명하자.
예시 : IPv4가 확장성과 용량 면에서 그 한계가 드러나면서 인터넷 요구 사항의 폭증을 수용하기 위해서 IPv6가 개발되었습니다.
IPv6는 IPv4에 비해 다음과 같은 개선점이 있습니다.

1. 패킷을 단편화하지 않고 효율적인 라우팅을 제공함
2. 시간 지연에 민감한 패킷을 구분하는 기본적인 QoS(Quality of Service)를 제공
3. NAT를 없앰으로써 주소 공간을 32비트에서 128비트로 확장
4. 네트워크 레이어 보안을 내장하고 있음 (IPsec)
5. 손쉬운 네트워크 관리를 위한 스테이트리스 주소 자동 구성하고 처리 오버헤드가 줄어든 개선된 헤더 구조를 가지고 있습니다.

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김경호

[CS] 기본이론_2

1. 자료구조

2. 데이터베이스

데이터베이스 기출문제

3. 컴퓨터구조

4. 네트워크

네트워크 기출문제

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참고

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