네트워크란?
컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용해 구축하는 연결망을 지칭하는 용어
1. 네트워크의 기초
네트워크: 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있거나 연결되어 있지 않은 집합체
1-1. 처리량과 지연 시간
네트워크를 구축할 때는 '좋은' 네트워크로 만드는 것이 중요하다.
좋은 네트워크란?
많은 처리량을 처리할 수 있고, 지연 시간이 짧고 장애 빈도가 적으며 좋은 보안을 갖춘 네트워크
처리량과 지연시간은 컴퓨터 성능을 나타내는 중요한 개념이다
1) 처리량(throughput)
처리량: 링크를 통해 전달되는 단위 시간당 데이터양(초당 처리하는 작업의 개수)
- 단위는 bps(bits per second)를 사용한다. 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 의미이다.
- 처리량은 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽(1), 네트워크 장치 간의 대역폭(2), 네트워크 중간에 발생하는 에러(3), 장치의 하드웨어 스펙(4)에 영향을 받는다.
- 대역폭: 주어진 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수
2) 지연 시간(latency)
지연시간: 요청이 처리되는 시간을 말하며 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸린 시간(하나의 작업을 처리하는 데 걸리는 시간)
- 지연시간은 매체 타입(무선, 유선), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다.
시스템을 제공하는 사업자 측면에서는 최대의 처리량을 원하고 (Throughput),
시스템을 사용하는 사용자는 자신의 작업이 최대한 빨리 처리 되기를 원할 것이다.(Latency)
"Throughput이 커지면 Latency가 늦어지고 Latency이 빨라지면 Throughput이 줄어든다."
1-2. 네트워크 토폴로지와 병목 현상
네트워크 토폴로지(Network topology): 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태
네트워크 토폴로지의 유형
- 트리 토폴로지
- 버스 토폴로지
- 스타 토폴로지
- 링형 토폴로지
- 메시 토폴로지
1) 트리(tree) 토폴로지
계층형 토폴로지라고 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성
- 노드의 추가, 삭제가 쉽고 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다.
| 장점 | 단점 |
| 네트워크의 확장이 쉽고 관리가 편하다.(노드의 추가, 삭제가 쉽고 편하다.) | 상위 회선에 문제가 생기면 하위 회선 모두 문제가 생긴다. |
| 통신 선로가 짧고, 통신 회선수가 절약된다. | 네트워크 확장이 많아지면 트래픽이 집중되기도 한다. |
2) 버스(bus) 토폴로지
중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성
| 특징 | 장점 | 단점 |
| 근거리 통신망(LAN)에서 사용함 | 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수해 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다. | 스푸핑이 가능하다. |
스푸핑이란?
LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것
- 위 그림처럼 스푸핑을 적용하면 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달되게 된다.
3) 스타(star, 성형) 토폴로지
중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성
| 장점 | 단점 |
| 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다. | 설치 비용이 고가이다. |
| 어떤 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있고 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적다. | 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없다. |
4) 링형(ring) 토폴로지
각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식
- 데이터는 노드에서 노드로 이동을 하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리한다.
| 장점 | 단점 |
| 노드 수가 증가해도 네트워크상의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적다. | 네트워크 구성 변경이 어렵다. |
| 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있다. | 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼친다. |
5) 메시(mesh) 토폴로지
망형 토폴로지라고도 하며 그물망처럼 연결되어 있는 구조
| 장점 | 단점 |
| 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재해서 네트워크를 사용할 수 있다. | 노드의 추가가 어렵다. |
| 트래픽도 분산 처리가 가능하다. | 구축 비용과 운용 비용이 고가이다. |
6) 병목 현상(bottlenec)
전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상
- 코드상에는 문제가 없는데 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못할 때 병목 현상일 가능성이 있다.
- ex) 서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목현상이 생겨 사용자는 웹 사이트로 들어가지 못한다.
- 네트워크의 구조라고도 일컫는 토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 된다.
- 네트워크 병목 현상의 주된 원인
| 네트워크 대역폭 | 네트워크 토폴로지 | 서버 CPU, 메모리 사용량 | 비효율적인 네트워크 구성 |
- ex) 앞의 그림처럼 서비스를 만들었는데, 병목 현상이 일어나서 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생하고 있다. 그러면 관리자가 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정했어도 성능이 개선되지 않는다.
- ex) 관리자가 네트워크 토폴로지가 어떻게 되어있나 확인했고, 서버와 서버 간 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가해서 병목 현상을 해결했다.
- 네트워크가 어떤 토폴로지를 갖는지, 어떤 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결할 수 있다.
1-3. 네트워크 분류
1) 규모를 기반으로 한 분류
| LAN(Local Area Network) | MAN(Metropolitan Area Network) | WAN(Wide Area Network) | |
| 규모 | 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모 | 서울 시 정도의 규모 | 세계 규모 |
| 네트워크 | 근거리 네트워크 | 대도시 지역 네트워크 | 광역 네트워크 |
| 지역 | 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간 | 도시 같은 넓은 지역 | 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역 |
| 전송속도 | 빠르다. | 평균이다. | 낮다. |
| 혼잡함 | 혼잡하지 않다. | LAN보다는 더 많이 혼잡하다. | MAN보다는 더 많이 혼잡하다. |
1-4. 네트워크 성능 분석 명령어
네트워크 병목 현상이 일어났을 때 네트워크 관련 테스트와 네트워크와 무관한 테스트를 통해 '네트워크로부터 발생한 문제점'인 것을 확인한 후 네트워크 성능 분석을 해봐야 한다.
1) ping(Packet INternet Groper)
네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어
- 이를 통해 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지의 시간 등을 알 수 있고, 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지 확인할 수 있다.
- ping 테스팅이 불가능한 경우(ping은 TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작하기 때문)
| ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기 | 네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상 |
ping [IP 주소 또는 도메인 주소]로 실행
- ping www.google.com -n 10이라는 명령어를 구동한 것이다.
- 넣어서 10번의 패킷을 보내고 10번의 패킷을 받는 것을 볼 수 있다.
2) netstat
접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는 데 사용되는 명령어
- 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등의 리스트를 보여준다.
- 주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 사용한다.
- 위 처럼 지금 접속하고 있는 사이트 등에 관한 네트워크 상태 리스트를 볼 수 있다.
3) nslookup
DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어
- 특정 도메인에 매핑된 IP를 확인하기 위해 사용한다.
- 위 처럼 google.com의 DNS를 확인할 수 있다.
4) tracert
목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어
- 목적지 노드까지의 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는 지 등을 확인할 수 있다.
- 윈도우는 tracert이고 리눅스에서는 traceroute라는 명령어로 구동한다.
- 위 처럼 구글 사이트에 도달하기까지의 경로 추적을 하는 모습이다.
- 이외에도 ftp를 통해 대형 파일을 전송하여 테스팅하거나 tcpdump를 통해 노드로 오고 가는 패킷을 캡쳐하는 등의 명령어가 있다.
- 네트워크 분석 프로그램으로는 wireshark, netmon이 있다.
1-5. 네트워크 프로토콜 표준화
네트워크 프로토콜: 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스
- 이러한 프로토콜은 IEEE 또는 IETF라는 표준화 단체가 정한다.
- IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜이다. 이를 통해, 다른 기업이 만든 장치라도 서로 데이터를 수신할 수 있다.
- ex) 웹을 접속할 때 쓰이는 HTTP가 있다. '서로 약속된' 인터페이스인 HTTP라는 프로토콜을 통해 노드들은 웹 서비스를 기반으로 데이터를 주고받을 수 있다.
https://thebook.io/080326/ch02/01/01/
면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.1 처리량과 지연 시간
thebook.io
네트워크 처리량& 지연시간
네트워크란 노드(서버,라우터, 스위치등의 네트워크 장치)와 링크가 서로 연결되어 있거나 연결되어 있지않은 집합체를 의미합니다.'좋은' 네트워크는 많은 처리량을 처리할 수 있으며, 지연 시
velog.io
https://noobcodeing.tistory.com/10
네트워크의 토폴로지와 병목 현상
네트워크 토폴로지 토폴로지(topology)는 컴퓨터 네트워크의 요소들(링크, 노드 등)을 물리적으로 연결해 놓은 것, 또는 그 연결 방식을 말한다. 네트워크 토폴로지에는 물리적 토폴로지와 논리적
noobcodeing.tistory.com
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