네트워크의 기초 - 처리랑과 지연시간, 네트워크 토폴로지와 병목현상

네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있거나 연결되어 있지 않은 집합체를 의미합니다.

여기서 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미하고 링크는 유선 또는 무선을 의미합니다.

• 처리량과 지현시간

  네트워크를 구축할 때는 좋은 네트워크로 만드는 것이 중요합니다. 좋은 네트워크란 많은 처리량을 처리 할 수 있으며 지현 시간이 짧고 장애 빈도가 적으며 좋은 보안을 갖춘 네트워크를 말합니다.

• 처리량

  처리량이란 링크를 통해 전달되는 단위 시간당 데이터양을 말합니다.
  단위로는 bps(bit per second)를 씁니다. 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 의미입니다.
  처리량은 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽, 네트워크 장치 간의 대역폭, 네트워크 중간에 발생하는 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 영향을 받습니다.

  이때 대역폭이란 : 주어진 시간동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트수 입니다.

• 지연시간

  지연시간이란 요청이 처리되는 시간을 말하며 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간을 말합니다.
  지연 시간은 매체 타입( 무선, 유선 ), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리시간에 영향을 받습니다.

  네트워크 토폴로지와 병목 현상

• 네트워크 토폴로지

  네트워크를 설계할 때 고려하는 네트워크 토폴로지는 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 '연결 형태' 를 의미합니다.

네트워크 토폴로지에는 대표적으로 트리 토폴로지, 버스 토폴로지, 스타 토폴로지, 링형 토폴로지, 메시 토폴로지 가 있다.

• 트리 토폴로지 :

  트리 토폴로지는 계층형 토폴로지라고 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말합니다.
  특징 : 노트의 추가, 삭제가 쉬우며 틍정 노드에 트래픽이 집중 될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있습니다.

• 버스 토폴로지 :

  버스 토폴로지는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말하며 근거리 통신망(LAN)에서 사용합니다.
  특징 : 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하며 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제가 쉽습니다.그러나 스푸핑이 가능한 문제점이 있습니다.

• 스푸핑 : LAN 상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 수위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해상 패킷이 오도록 처리하는 것을 말합니다.
  

앞의 그림처럼 스푸핑을 적용하면 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달되게 됩니다.

• 스타 토폴로지

  스타 토폴로지는 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말합니다.
  특징 : 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 피킷의 충돌 발생 가능성이 적습니다. 또한 어떠한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있으며 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적습니다. 하지만 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가 입니다.

• 링형 토폴로지

  링형 토폴로지는 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식입니다.
  특징 : 노드 수가 증가되어도 네트워크사의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적고 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있습니다하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼지는 단점이 있습니다.

• 메시 토폴로지

  메시 토폴로지는 망형 토폴로ㅈ라고도 하며 그물망처럼 연결되어있는 구조입니다.
  특징 : 한 단말 장치에 장애가 말생해도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크를 계속 사용 할 수 있고 트래픽도 분산 처리가 가능합니다. 하지만 노드의 추가가 어렵고 구축비용과 운용 비용이 고가인 단점이 있습니다.

• 병목 현상

  네트워크의 구조라고도 일컫는 토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문입니다.

만약 서비스를 만들었는데, 병목 현상이 일어나서 서비스를 이용 할 때 지연시간이 길게 발생하고 있고 대역대를 크게 설정하였는데도 성능이 개선되지 않을 때 네트워크 토폴로지가 어떻게 되어있난 확인 하고 서버와 서버 간 그리고 게이크 웨이로 이어지는 회선을 추가 해 병목현상을 해결 할 수 있습니다. 또한 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결 할 수 있습니다.

병목 현상 : bootlenect 이름그대로 입니다. 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성요소로 인해 제한을 받는 현상을 말합니다. 서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹사이트로 들어가지 못합니다.

네트워크 병목 현상의 주된 원인은
1. 네트워크 대역폭
2. 네트워크 토폴로지
3. 서버 CPU, 메모리 사용량
4. 비효율적인 네트워크 구성

출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트 - 지은이 : 주홍철
을 읽고 정리한 내용입니다.