네트워크
네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있으며 리소스를 공유하는 집합을 의미
- 노드: 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치
- 링크(엣지): 유선 또는 무선과 같은 연결매체(와이파이나 LAN)
트래픽
트래픽은 특정 시점에 링크 내의 "흐르는" 데이터의 양을 의미한다.
예를 들어 서버에 저장된 파일을 사용자가 다운로드 시 발생되는 데이터의 누적량을 뜻한다.
- 트래픽이 많아졌다 = 흐르는 데이터가 많아졌다.
- 처리량이 많아졌다 = 처리되는 트래픽이 많아졌다.
100KB 이미지를 1,000명이 다운로드 시 누적 트래픽은 100,000KB
10MB 동영상을 10명이 다운로드 시 누적 트래픽은 100MB
처리량
처리량은 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 의미하며, 보통 얼만큼의 트래픽을 처리했는지를 나타낸다.
처리량은 트래픽, 네트워크 장치 간의 대역폭, 네트워크 중간에 발생하는 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 영향을 받는다.
대역폭
대역폭은 주어진 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수를 의미하며, 최대로 처리할 수 있는 트래픽을 말한다.
대역폭이 높을수록 빠른 서비스를 제공할 수 있으며, 대략적인 최대 동시 접속자수를 유추하는 척도가 된다.
100Mbps 대역폭의 서버에서 한사람당 100kbps로 동영상 파일을 요청할 경우 최대 동접자수는 100Mbps/100kbps = 약 1,000명
RTT
RTT는 Round Trip Time의 약자로 신호를 전송하고 해당 신호의 수신확인에 걸린 시간을 더한 값인 왕복 지영시간을 의미한다.
네트워크 토폴로지
네트워크 토폴로지란 노드와 링크가 어떠한 구조로 연결되어 있는지를 나타내는 방식이다.
버스 토폴로지
버스 토폴로지는 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결된 구조로, 모든 노드는 이 주 회선을 통해 데이터를 송수신하며, 네트워크의 모든 통신은 이 하나의 회선을 통해 이루어진다. 새로운 노드를 추가하거나 삭제하는 것이 쉽고 설치비용이 적다.
장점
- 설치 비용이 적고 유지보수가 쉽다.
- 한 노드에 대한 장애가 전체 네트워크에 영향을 주지 않는다.
단점
- 회선에 많은 트래픽이 생기면 정체현상 발생 가능성이 높아진다.
- 회선이 하나로 운영되기 때문에 회선이 망가지면 전체 네트워크 장애가 발생한다.
- 모든 노드가 동일 회선을 공유하기 때문에 패킷 도청(스니핑)이나 위조(스푸핑)등의 보안 위협에 취약하다.
스타 토폴로지
하나의 중앙 노드를 중심으로 여러 개의 말단 노드가 별 모양처럼 각각 독립적으로 연결된 구조이며, 모든 통신은 항상 중앙 노드를 통해서만 이루어진다.
중앙 노드를 제외한 노드의 추가 및 삭제는 간단하지만 중앙 노드에서 장애가 발생 시 모든 노드 간의 통신이 완전히 중단될 수 있다.
장점
- 보안관리 용이성: 모든 통신이 중앙 노드를 통과하므로 보안 장비를 중앙에 집중 적용이 가능하며, 노드 간 직접 연결이 없기 때문에 다른 노드로의 무단 확장이 어렵고 보안 위협의 확산 가능성이 낮음
단점
- 중앙 노드 에러 시 큰 문제가 발생
트리 토폴로지
트리 토폴로지는 계층적 구조를 가진 네트워크 형태로, 트리 구조처럼 상위 노드와 하위 노드가 단계적으로 연결되어 있다.
버스 토폴로지와 스타 토폴로지를 결합하여 하이브리드 구조로 쓰이기도 한다.
노드 추가 및 상제는 리프 노드에서 용이하나, 중간 계층 이상의 노드는 변경이 복잡할 수 있다.
장점
- 리프 노드로의 확장이 용이하다.
- 리프 노드의 에러는 나머지 부분에 영향을 미치지 않는다.
단점
- 특정 노드 트래픽 집중 시 그 하위 모든 노드에 병목 현상 발생 가능성이 있다.
- 루트 노드에 문제가 생기면 전체 네트워크에 큰 문제가 발생한다.
링형 토폴로지
링형 토폴로지란 노드들이 고리 형태로 연결된 네트워크 구조를 의미한다.
장점
- 토큰링 키반 프로토콜로 데이터를 전달하기 때문에 네트워크 상에는 단 하나의 토큰이 존재하고, 토큰을 소유한 노드만 데이터 송수신 권한을 가진다. 이 때문에 다른 노드가 동시에 전송할 일이 없어 데이터 충돌 발생이 없다.
- 노드 고장 위치를 비교적 쉽게 파악할 수 있다.
- 각 노드가 앞 뒤 두 노드와만 연결되므로 이론적으로 노드 추가, 삭제가 간단하다.(실제로는 네트워크의 일시적 중단이 발생할 수 있으며, 복구를 위해 특별한 설계가 필요할 수 있다.)
단점
- 데이터 전송 시 모든 노드를 거쳐야 하므로 전송 지연이 발생 가능하다.
메시 토폴로지
메시 토폴로지는 모든 노드들이 직접 서로 연결되는 그물망 형태의 네트워크 구조를 의미한다.
- Full Mesh: 모든 노드가 서로 1:1로 연결되어 있는 구조
- Partial Mesh: 일부 노드만 연결되어 있는 구조
Full Mesh개수를 구하는 공식은 n(n-1)/2 로 구할 수 있다.
장점
- 한 노드가 장애가 나도 다른 노드에 영향을 미치지 않기에 안정성이 높다.
- 트래픽을 분산할 수 있다.
단점
- 비용: 기본적으로 연결되는 회선이 많기 때문에 초기 구축 비용, 설계 비용, 관리 비용이 많아진다.
- 노드 추가, 삭제가 매우 어렵다.
병목현상
병목현상은 네트워크에서 트래픽이 특정 구간에 집중되어 데이터 흐름 속도가 제한되는 상황을 의미한다.
원인
- 대역폭 부족: 라우터, 스위치, 특정 링크가 감당할 수 있는 트래픽보다 많은 데이터가 몰릴 경우
- 서버/애플리케이션 처리 능력 한계: 서버 CPU, 메모리, 스레드 풀 부족으로 패킷 처리가 지연
- 네트워크 토폴로지 문제: 여러 클라이언트가 하나의 경로를 공유할 때 특정 구간의 과부하
토폴로지의 필요성
토폴로지를 파악함으로써 병목현상을 해결하는 척도가 된다.
구축된 시스템의 토폴로지를 알고 있다면 어떠한 부분에 어떠한 회선 또는 어떠한 서버의 용량을 증가시켜야 하는지 알 수 있다.
사용자 수가 많아져 서버가 다운되었을 경우 간단히 웹서버나 DB서버의 스펙을 높여 해결할 수도 있지만 토폴로지를 사용해서 해결할 수 있다.
유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트
유니캐스트
유니캐스트란 1:1 통신을 의미한다.
대표적으로 HTTP통신이 존재한다.
멀티캐스트
멀티캐스트는 1:N 통신을 의미한다.
다만 연결된 모든 노드들에게 데이터를 전달하지는 않고 특정 그룹에게만 데이터를 전달한다.
브로드캐스트
브로드캐스트는 1:N 통신을 의미한다.
멀티캐스트와는 다르게 연결되어있는 모든 노드에게 데이터를 전달한다.
네트워크의 분류
LAN
LAN(local area network)은 MAN, WAN보다 높은 안정성, 속도를 가진다.
소규모 네트워크를 의미하며 보통 허브나 스위치로 연결된 네트워크를 의미한다.
하나의 논리적 주소인 IP를 기반으로 여러개의 물리적 주소인 MAC주소로 구별하는 네트워크라고도 볼 수 있다.
현재 사용하는 IP체계는 v4와 v6가 있지만 v4기준으로는 IP의 절대적 개수가 모자르다.
따라서 NAT이라는 기술을 통해 할당받은 하나의 IP를 통해 여러 기기에서 가상의 IP를 부여한다.
이때 이러한 IP는 MAC주소를 통해 구분되며, 이러한 역할을 하는 네트워크를 의미한다.
MAN
MAN(metropolitan area network)은 도시와 도시의 통신망을 의미하며 2개 이상의 LAN이 연결되어 구성된다.
라우터, 브릿지 등으로 연결된다.
WAN
WAN(wide area network)은 국가와 국가의 통신망을 의미하며 인터넷 이라고도 한다.
수많은 라우터를 거쳐 다른 국가와도 연결되는 범위를 의미한다.
