[CS] Big Endian과 Little Endian

🐣 개요

임베디드 SW 개발을 진행하면서 가장 헷갈리고 번거로운 부분인 Endian 관련 처리 부분이었다. 실제 현업자도 조금 헷갈리지만 이 개념을 모른다면 통신으로 보낸 데이터가 원치 않게 깨지고 이것이 프로그램 동작을 해치는 악성 데이터가 되버릴지도 모른다.

그렇기에 깔끔하게 Little Endian 과 Big Endian 의 차이를 알고 정리 해보았다.

🐣 정의

먼저 Endain이 왜 임베디드 장치마다 다를 수 있는 지에 대해서 알아야 한다. Byte order 방식이 다르기 때문이다. 그럼 Byte order가 무엇일까?

Byte Order

바이트 순서는 시스템이 데이터를 메모리 번지에 저장하는 순서를 의미한다. 이 과정은 프로세서마다 다르다. 크게 두 가지 방법이 존재 하는데, Big-endian과 Little-endian 방식이 바로 그것이다.

일반적으로 Intel x86, x64 AMD 계열은 Little Endian을 사용, 모토로라 프로세서들은 Big Endian, ARM프로세서는 성능 향상을 위해 Big Endian과 Little Endian 을 선택할 수 있다.

퀄컴 같은 제조사가 엔디안을 선택해 제조하기에 제조사 설명서를 보면 Endian 방식을 알 수 있다.

Big Endian

MSB(Most Significant Bit)가 낮은 주소에 저장되고, LSB(Least Significant Bit)가 높은 주소에 저장된다.

Little Endian

MSB(Most Significant Bit)가 높은 주소에 저장되고, LSB(Least Significant Bit)가 낮은 주소에 저장된다.

BigEndian vs Little Endian

Big endian : 임의 정수 타입의 부호를 알고 싶다면 타입의 크기에 관계 없이 첫 비트만 보면 된다. 또한 사람이 수를 읽고 쓰는 방법과 저장 순서가 같기 때문에 디버깅이 편리해진다.
Little endian 은 메모리의 하위 바이트만을 꺼낼 때 편리해진다.

🐣 엔디안이 중요한 이유

데이터 교환(네트워크 통신)

TCP/IP와 같은 네트워크 프로토콜은 데이터를 전송할 때 빅 엔디안(네트워크 바이트 오더)를 사용하도록 정의되어 있습니다.
따라서, 시스템 내부 엔디안이 리틀 엔디안이라면, 데이터를 전송하기 전에 빅 엔디안으로 변환해야 하고, 수신한 데이터는 다시 시스템 내부 엔디안으로 변환해야 한다.

여기서 빅엔디안을 표준으로 두는 이유??

산술 연산 유닛인 ALU에서 메모리를 읽는 방식이 메모리 주소가 낮은 쪽에서 부터 높은 쪽으로 읽기 때문에 산술연산의 수행이 더 쉽다.

네트워크 통신

네트워크를 통해 데이터를 주고받을 때는 모든 시스템이 동일한 바이트 순서를 사용해야 통신이 원활하게 이루어진다.
이를 위해 빅 엔디안을 네트워크 바이트 오더로 정의하고 있다.
HTTP, FTP와 같은 상위 프로토콜도 네트워크 바이트 오더를 따른다.

파일 포맷

바이너리 파일은 데이터를 그대로 저장하므로, 파일을 생성한 시스템의 엔디안에 따라 데이터가 저장된다.
다른 시스템에서 이 파일을 읽을 때는 파일 포맷에 대한 정보를 알고 엔디안을 변환해야 한다.

🐣 엔디안 변환 함수

네트워크 바이트 오더는 Big Endian을 사용하기 때문에 아래 함수들을 이용하여 Little Endian Data를 Big Endian Data로 변환한다.

UNIX 계열의 컴퓨터 일 경우 : <arpa/inet.h> 라이브러리를 호출한다.

Window 컴퓨터 : <winsock2.h>

Little Endian 컴퓨터에서 네트워크로 데이터를 전송할 때

htons() : host Byte order to network Byte order (short : 2Byte)
htonl() : host Byte order to network Byte order (long : 4Byte)
htonll() : host Byte order to network Byte order (long : 8Byte, winsock2에만 존재)

네트워크에서 Little Endian 컴퓨터로 데이터를 수신할 때

ntohs() : network Byte order to host Byte order (short : 2Byte)
ntohl() : network Byte order to host Byte order (long : 4Byte)
ntohll() : network Byte order to host Byte order (long : 8Byte, winsock2에만 존재)

직접 구현하면 아래와 같다.

#include <netinet/in.h>
#define htonll(x)   ((((uint64_t)htonl(x)) << 32) + htonl(x >> 32))
#define ntohll(x)   ((((uint64_t)ntohl(x)) << 32) + ntohl(x >> 32))

물론 이렇게 간단하면 좋겠지만, 대량의 데이터를 주고 받을 때 구조체 단위로 데이터를 만드는데, 구조체 내부의 변수 하나하나에 대해 Endian 처리를 해야 한다.

구조체 내부에 Endian 처리 함수를 생성 했었는데, 혹시 좋은 방법이 있다면 댓글 부탁 드립니다..

🐣 결론

엔디안에 대해서 구체적으로 파악하고 상황에 맞게 잘 변환할 필요가 있다.

참고 사이트

https://boradol0902.tistory.com/28

https://blog.naver.com/jst000007/150083170423

https://softtone-someday.tistory.com/20#google_vignette

https://duzi077.tistory.com/201