Sliding Window

개요

Sliding Window(슬라이딩 윈도우) 기법은 데이터 통신에서 흐름 제어와 오류 제어를 동시에 수행하는 핵심적인 메커니즘입니다. 송신자와 수신자 간 데이터 전송 과정에서 윈도우라는 논리적 범위를 설정하여 연속적인 프레임 전송과 확인 응답(ACK)을 효율적으로 처리할 수 있도록 합니다. TCP, ARQ, HDLC 등 다양한 통신 프로토콜에 필수적으로 적용되는 기술입니다.

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1. 개념 및 정의

Sliding Window는 송신자와 수신자가 각각 일정 범위 내에서 프레임을 관리하며 데이터를 주고받는 방식으로, 정해진 윈도우 크기만큼 데이터를 전송한 뒤 ACK를 기다리며 윈도우를 ‘슬라이딩’시켜 다음 데이터를 전송하는 구조입니다.

이 방식은 불필요한 대기 시간을 줄이고, 수신자의 처리 능력에 맞춰 전송을 조절하는 흐름 제어와, 재전송 및 오류 검출을 포함한 오류 제어를 통합적으로 제공합니다.

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2. 특징

구분	설명	비고
연속 전송	여러 프레임을 ACK 없이 전송 가능	채널 활용도 향상
유동적 윈도우 크기	수신 상태에 따라 윈도우 조절	TCP에서 동적 조절 지원
효율적 재전송	누락 프레임만 선택적 재전송 가능	Selective ARQ와 연계 가능

슬라이딩 윈도우는 전송 지연이 큰 환경에서도 채널을 최대한 활용하면서도 신뢰성을 확보할 수 있는 방식입니다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	예시
송신 윈도우	전송 가능한 프레임 범위	예: 프레임 0~3 (윈도우 크기=4)
수신 윈도우	수신자가 수용 가능한 프레임 범위	수신 버퍼 기준
시퀀스 번호	각 프레임의 고유 번호	범위: 0 ~ (2^k - 1)
ACK/NACK	수신 확인 및 오류 알림 신호	누락 시 재전송 트리거

송신자는 ACK를 수신함에 따라 윈도우를 전진시키고, 수신자는 순서와 무결성을 기준으로 ACK를 송신합니다.

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	활용
정적 vs 동적 윈도우	고정 크기 또는 상황에 따라 조절	TCP는 윈도우 크기 조절 기능 포함
누락 프레임 감지	시퀀스 번호 비교를 통해 감지	Selective Repeat ARQ에서 중요
ACK 누락 대비	타임아웃 후 재전송	Stop-and-Wait보다 효율적

Sliding Window는 다양한 ARQ 방식에서 핵심이 되는 구조로, 오류 제어와 흐름 제어의 기반을 제공합니다.

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5. 장점 및 이점

장점	설명	효과
전송 효율 증가	여러 프레임을 연속 전송 가능	대기 시간 감소
안정적 흐름 제어	수신 버퍼 상태에 맞춰 조절 가능	오버플로 방지
유연한 오류 복구	부분 재전송으로 자원 절약	Selective ARQ 연계 시 극대화

Sliding Window는 고속 통신 환경에서 안정성과 효율성을 동시에 제공할 수 있는 구조적 기반을 형성합니다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

분야	활용 예시	고려사항
TCP/IP 프로토콜	윈도우 크기 기반 흐름 및 혼잡 제어	네트워크 부하 감안 필요
무선 통신	이동통신에서 윈도우 제어 적용	지연 및 손실율 반영한 설정 필요
위성 통신	고지연 환경에서도 효율적 전송 가능	타임아웃 전략 정교화 필요

TCP의 윈도우 크기 조절은 Sliding Window 기반으로 구현되며, 네트워크 혼잡 및 수신 성능에 따라 유동적으로 작동합니다.

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7. 결론

Sliding Window는 네트워크 프로토콜 설계에 있어 효율적인 흐름 제어 및 오류 제어의 핵심 구성 요소입니다. 프레임을 유연하게 관리하고 재전송을 최소화하여 전송 효율성을 높이며, 다양한 ARQ 기법 및 TCP 등 주요 프로토콜에 핵심 기술로 적용됩니다. 네트워크 품질 향상과 자원 최적화를 위해 반드시 이해하고 활용해야 할 필수 개념입니다.