1. 네트워크의 기초

1-0. 네트워크란?

네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있거나 연결되어 있지 않은 집합체

• 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미
• 링크는 유선 또는 무선을 의미

1-1. 처리량과 지연 시간

• 네트워크를 구축할 때는 ‘좋은’ 네트워크로 만드는 것이 중요함
• 좋은 네트워크란
  • 많은 처리량 처리 가능
  • 지연 시간이 짧음
  • 장애 빈도가 적음
  • 좋은 보안

을 갖춘 것임.

처리량

처리량(throughput)이란 링크를 통해 전달되는 단위 시간당 데이터양을 말함

(=네트워크가 1초 동안 얼마나 많은 데이터를 보낼 수 있느냐)

• 단위로는 bps (bits per second)
  • 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 의미

처리량이 영향을 받는 요소

• 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽
  • 사람이 많으면 길이 막힌다고 생각하면 된다. 인터넷도 마찬가지로, 사람들이 많이 쓰면 느려진다.
• 네트워크 장치 간의 대역폭
  • 파이프가 좁으면 물이 적게 흐른다. 대역폭이 크면 데이터를 더 많이 보낼 수 있다.
  • 잠깐!! 대역폭(bandwidth)이란?
    • 주어진 시간 동안 네트워크를 통해 전송될 수 있는 최대 데이터 양
• 네트워크 중간에 발생하는 에러
  • 뭔가 잘못되면 다시 해야된다. 데이터도 에러가 나면 다시 보내느라 시간이 더 걸린다.
• 장치의 하드웨어 스펙
  • 느린 컴퓨터는 일도 느리게 한다.

→ 대역폭이 크더라도 트래픽이 많거나 네트워크가 혼잡하면 처리량은 감소할 수 있음

지연 시간

• 지연 시간(latency)이란 요청이 처리되는 시간
• 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸린 시간
• 내가 보낸 메시지가 도착하고, 다시 돌아오는 데 걸리는 시간이야.

지연 시간이 영향을 받는 요소

• 매체 타입(무선, 유선)
  • 와이파이랑 케이블 중 뭐가 더 빠를까? 케이블이 더 빠르다.
• 패킷 크기
  • 큰 물건은 옮기는데 시간이 더 걸린다. 데이터도 마찬가지다.
  • 잠깐!! 패킷이란?
    • 데이터를 작게 나눈 덩어리
      • 네트워크에서 큰 데이터를 한 번에 보내기 어려우니까 작은 조각으로 쪼개서 보낸다. 이 작은 조각들이 바로 패킷이다.
• 라우터의 패킷 처리 시간
  • 일을 빨리 하는 라우터면 지연 시간이 적다.

1-2. 네트워크 토폴리지와 병목 현상

네트워크 토폴리지란?

네트워크 토폴로지(network topology)는 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태

트리 토폴리지

노드의 추가, 삭제가 쉬우며 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있음

버스(bus) 토폴리지

• 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성
• 근거리 통신망(LAN)에서 사용
• 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하며 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉬움
• 스푸핑이 가능한 문제점이 존재
  - 스푸핑이란?
  
  - LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것
  - 스푸핑을 적용하면 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달되게 됨

스타 토폴리지 (성형 토폴리지)

• 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성
• 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성이 적음
• 또한, 어떠한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있음
• 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적음
• 하지만 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가임

링형 토폴리지

• 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 처리
• 노드 수가 증가되어도 네트워크상의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적음
• 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있음
• 하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고, 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼치는 단점이 있음

메시(Mesh) 토폴리지 (망형 토폴리지)

• 그물망처럼 연결되어 있는 구조
• 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크를 계속 사용할 수 있음
• 트래픽 분산 처리가 가능
• 하지만 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 운용 비용이 고가인 단점이 있음

네트워크 토폴리지 유형 정리

토폴로지 유형	장점	단점
트리(계층형)	노드 추가/삭제가 쉬움, 큰 네트워크 구조에 적합	특정 노드에 트래픽 집중 시 하위 노드에 영향
버스(공유형)	설치 비용 저렴, 중앙 회선에 노드 추가/삭제 용이	스푸핑에 취약, 회선에 장애 발생 시 네트워크 전체가 중단될 수 있음
스타(성형)	패킷 충돌 적고 장애 탐지 및 복구가 쉬움	중앙 노드 장애 시 전체 네트워크가 중단됨, 설치 비용이 고가
링형	노드 수 증가에도 충돌 발생 가능성 적음	네트워크 변경이 어려움, 회선 장애 시 네트워크 전체에 큰 영향을 미침
메시(망형)	경로가 여러 개 있어 트래픽 분산 및 장애 시에도 네트워크 사용 가능	노드 추가 어려움, 구축 및 운용 비용이 높음

토폴리지가 중요한 이유

네트워크의 구조라 일컫는 토폴리지가 중요한 이유는, 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문

병목(Bottleneck) 현상?

• 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상
• 시스템의 성능이 특정 부분에서 제한을 받아 전체적인 성능이 저하되는 현상

병의 몸통보다 병의 목 부분 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유할 수 있다.

서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹 사이트로 들어가지 못한다.

병목 현상이 일어나서 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생하고 있다고 해보자.

관리자가 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정했음에도 성능이 개선되지 않았다.

관리자가 네트워크 토폴로지가 어떻게 되어 있나 확인했고, 서버와 서버 간 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가해서 병목 현상을 해결하였다.

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

1.3 네트워크 분류 → LAN, MAN, WAN

• 규모를 기반으로 분류 가능
• 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모인 LAN(Local Area Network)
• 서울시 등 시 정도의 규모인 MAN(Metropolitan Area Network)
• 세계 규모의 WAN(Wide Area Network)으로 나뉜다

LAN

• LAN은 근거리 통신망을 의미
• 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영됨
• 전송 속도가 빠르고, 혼잡하지 않음

MAN

• MAN은 대도시 지역 네트워크를 나타냄
• 도시 같은 넓은 지역에서 운영됨
• 전송 속도는 평균이며, LAN보다는 더 많이 혼잡함

WAN

• WAN은 광역 네트워크를 의미
• 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영됨
• 전송 속도는 낮으며, MAN보다 더 혼잡함

1.4 네트워크 성능 분석 명령어

네트워크 병목 현상의 주된 원인은 다음과 같은데,

• 네트워크 대역폭
• 네트워크 토폴로지
• 서버 CPU, 메모리 사용량
• 비효율적인 네트워크 구성

이때는 네트워크 관련 테스트와 네트워크와 무관한 테스트를 통해 ‘네트워크로부터 발생한 문제점’인 것을 확인한 후 네트워크 성능 분석을 해봐야 한다.

이제 이 때 사용되는 명령어들을 알아볼 것

ping

-n 12 옵션을 넣어서 12번의 패킷을 보내고 12번의 패킷을 받는 모습을 볼 수 있다

Ping은 네트워크에서 "저기, 잘 있니?" 하고 물어보는 명령어

• 명령어를 사용하면 다른 컴퓨터가 대답하는지, 대답이 얼마나 빨리 오는지 알 수 있다.
• 하지만, 모든 컴퓨터가 대답하지 않을 수 있다
  • 특정 규칙이나 설정에 따라 대답을 안 할 수도 있다.
  • Ping은 ICMP라는 방법을 사용해서 작동한다, 그런데 이 ICMP를 막아둔 장치나 네트워크에서는 Ping이 안 될 수도 있다.

ICMP란?

• ICMP(Internet Control Message Protocol)는 네트워크에서 문제가 발생했을 때 알리는 역할을 하는 메신저 같은 것
• 데이터를 주고받다가 문제가 생기면 그걸 알려주는 프로토콜
• ICMP는 데이터를 전송하는 게 아니라, 네트워크에서 문제를 감지하고 정보를 주고받는 데 사용하는 프로토콜

사용법: ping [IP 주소 또는 도메인] 이렇게 입력하면 된다.

netstat

사용자가 가 접속하고 있는 사이트 등에 관한 네트워크 상태 리스트를 볼 수 있는 것을 알 수 있다.

• Netstat 명령어는 컴퓨터에서 현재 연결된 네트워크 상태를 보여주는 명령어
• 이걸로 어떤 서비스가 연결되어 있는지, 어떤 포트가 열려 있는지 등을 확인할 수 있다.

nslookup

google.com의 DNS를 확인하는 모습

• nslookup은 DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어
• 특정 도메인에 매핑된 IP를 확인하기 위해 사용한다.

Tracert(윈도우) / Traceroute(리눅스)

• 컴퓨터에서 목적지까지 가는 길(데이터를 보내는 경로)을 하나하나 추적하는 명령어
• 어디서 문제가 생겨서 느려지는지도 확인할 수 있다.

그 외 명령어

• FTP: 큰 파일을 전송할 때 쓰는 파일 전송 방법
• tcpdump: 네트워크에서 오고 가는 데이터를 모니터링하는 도구로, 네트워크 상의 패킷을 캡처할 수 있다.
• Wireshark, Netmon: 네트워크 데이터를 분석하는 프로그램이야. 네트워크에서 문제가 어디 있는지 알아낼 때 많이 쓴다.

네트워크 프로토콜 표준화

IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜이다. 이를 통해 만든 기업이 다른 장치라도 서로 데이터를 수신할 수 있다.

• 네트워크 프로토콜은 서로 다른 장치들이 데이터를 주고받기 위한 공통된 규칙
• 이런 규칙들은 IEEE나 IETF 같은 표준화 단체가 정함
  • 예를 들어, HTTP는 웹에서 데이터를 주고받을 때 사용하는 약속된 규칙이다.
  • 이 덕분에 서로 다른 장치들도 같은 프로토콜을 사용하면 데이터를 주고받을 수 있다.