[CS 전공지식 노트] 2장 네트워크 2.1 네트워크의 기초

네트워크 (Network)

컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용하여 구축하는 연결망을 지칭하는 용어.

 

2.1 네트워크의 기초

네트워크란?

노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있으며 리소스를 공유하는 집합을 의미

 

노드란?

서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치

링크란?

유선 또는 무선

 

2.1.1 처리량과 지연 시간

좋은 네트워크란?

많은 처리량을 처리 가능
지연 시간이 짧음
장애 빈도가 적음
좋은 보안을 갖춤

처리량이란?

링크를 통해 전달되는 단위 시간 당 데이터양

단위: bps(bits per second); 초당 전송 또는 수신되는 비트 수

 

처리량에 영향을 주는 요소들

• 트래픽(사용자들이 많이 접속할 때마다 커짐)
• 네트워크 장치 간의 대역폭 (주어지는 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수)
• 네트워크 중간에 발생하는 에러
• 장치의 하드웨어 스펙

지연시간이란?

요청이 처리되는 시간. 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸린 시간

지연시간에 영향을 주는 요소들

• 매체 타입(유선, 무선)
• 패킷 크기
• 라우터의 패킷 처리 시간

2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상

네트워크 토폴로지란?

노트와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식. 연결 형태

트리 토폴로지란?

계층형 토폴로지. 트리 형태로 배치한 네트워크 구성.
노드의 추가, 삭제가 쉬우며 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있음

버스 토폴로지란?

중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성
근거리 통신망(LAN)에서 사용
설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하여 중앙 통신 회선에 노트를 추가하거나 삭제하기 쉬움
그러나 스푸핑이 가능함

스푸핑

LAN 상에서 송선부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것 (스푸핑 적용 시 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적 노드에 전달됨)

스타 토폴로지란?

중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말함.
- 노드 추가나 에러 탐지가 쉬움
- 패킷의 충돌 발생 가능성이 적음
- 어떠한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러 발견 가능
- 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적음
- 하지만 중앙노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없음
- 설치 비용이 고가

링형 토폴로지란?

각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식
데이터는 노드에서 노드롤 이동하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리함.
노드 수가 증가되어도 네트워크상의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적고 노드 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있음
하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼치는 단점이 있음

메시 토폴로지란?

망형 토폴로지. 그물망처럼 연결된 구조.
- 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 경로가 존재하여 네트워크를 계속 사용 가능
- 트래픽 분산 처리 가능
- 노드 추가가 어려움
- 구축 비용과 운용 비용이 고가

 

병목현상

네트워크의 구조라고도 일컫는 토폴로지가 중요한 이유.
병목현상을 찾을 때 중요한 기준이 된다.

예시) 병목 현상으로 인해 지연 시간이 길게 발생하고 있다고 하면,

네트워크 토폴로지가 어떻게 되어 있나 확인하고, 서버와 서버 간 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가하여 해결이 가능하다.

 

이처럼 네트워크가 어떤 토폴로지를 갖는지, 또한 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목현상을 올바르게 해결할 수 있다.

 

2.1.3 네트워크 규모

규모를 기반으로 분류

1. LAN(Local Area Network): 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모

2. MAN(Metropolitan Area Network): 서울시 등 시 정도 규모

3. WAN(Wide Area Network): 세계 규모

 

LAN

근거리 통신망 의미
같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영
전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않음

MAN

대도시 지역 네트워크
도시 같은 넓은 지역에서 운영
전송 속도는 평균
LAN보다는 더 많이 혼잡함

WAN

광역 네트워크
국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영됨.
전송 속도 낮음.
MAN보다 더 혼잡

 

2.1.4 네트워크 성능 분석 명령어

애플리케이션 코드 상에는 전혀 문제가 없는데 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못하는 상황이 발생되기도 하며, 이는 네트워크 병목 현상일 가능성이 있음. 

네트워크 병목 현상의 주된 원인

- 네트워크 대역폭

- 네트워크 토폴로지

- 서버 CPU, 메모리 사용량

- 비효율적인 네트워크 구성

 

이 때는 네트워크 관련 테스트와 네트워크와 무관한 테스트를 통해 '네트워크로부터 발생한 문제점'인 것을 확인한 후 네트워크 성능 분석을 해봐야 함. 

 

ping(Packet INternet Groper)

네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어.

이를 통해 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지 시간 등을 알 수 있으며 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지 확인할 수 있음.

ping은 TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작하며, 이 때문에 ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 연결할 수 없거나 네트워크 정책상 ICMP나 traceroutc를 차단하는 대상의 경우 ping 불가능

ping [IP 주소 또는 도메인 주소]

netstat

접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용되며 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등의 리스트 보여줌. 주로 서비스의 포트가 열려 있는 지 확인할 때 씀.

 

nslookup

DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어

특정 도메인에 매핑된 ip를 확인하기 위해 사용

 

tracert

윈도우에서는 tracert이고 리눅스에서는 traceroute

목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용

목적지 노드까지 구간들 중 응답 시간이 느려지는지 등을 확인할 수 있음

 

2.1.5 네트워크 프로토콜 표준화

네트워크 프로토콜이란 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스를 말함.

이러한 프로토콜은 기업이나 개인이 발표해서 정하는 것이 아니라 IEEE 또는 IETF라는 표준화 단체가 이를 정함

 

IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜.

이를 통해 만든 기업이 다른 장치라도 서로 데이터를 수신 가능.