네트워크 정리

처리량 (Throughput)

• 통신 : 단위 시간 당 운반 가능량 또는 무 오류 운반량

  • 통신 채널이 운반할 수 있는 데이터의 총 량 / 총 전달 능력
  • 단위 : byte/sec 또는 bit/sec 단위(초당 보낼 수 있는 데이터 비트의 수, 비트율)
    이 경우에, Throughput은 일명 대역폭(Bandwidth) 이라고도 함
    

• 컴퓨터 : 단위 시간 당 작업 처리량

  • 주어진 시간에 컴퓨터가 처리할 수 있는 데이터 or 일의 량 or 작업량

    단순히 빨리 처리/실행한다는 의미 만은 아님

  • 단위 : MIPS(Million Instructions Per Second) 등

대역폭 (Bandwidth)

• 네트워크 대역폭 : 네트워크가 단위 시간 내 전달할 수 있는 최대 크기의 전달 용량

  • 대역폭이 높을수록 많은 데이터가 네트워크에 실려서 전달하고 전달받을 수 있다.
  • 대역폭 자체는 전달 속도와는 관계가 없으며 오히려 용량(capacity)과 관계가 있다.
    

• 컴퓨터 단위 시간 당 작업 처리량

  • 주어진 시간에 컴퓨터가 처리할 수 있는 데이터 or 일의 량

    단순히 빨리 처리/실행한다는 의미 만은 아님

  • 단위 : MIPS(Million Instructions Per Second) 등

  

출력은 높고 대역폭은 작다면, 네트워크 출구에서 대기하는 데이터가 많을 것이고,

이는 시스템의 성능(performance)에 안 좋은 영향을 미치게 된다.

출력은 낮은데 대역폭은 크다면, 대역폭과 비용의 낭비가 예상될 것이다.

네트워크 지연시간 (Network Latency)

• 정의 : 하나의 데이터 패킷이 출발지에서 도착지까지 가는 데 걸리는 시간

  • 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간

  • 어떤 연산이 완료될 때까지 걸리는 시간을 의미할 수도 있으며, 이런 연산으로는 애플리케이션 요청, 데이터베이스 질의, 파일 시스템 연산 등이 있다

  • 딜레이나 랙이 길게 발생하는 네트워크는 지연 시간이 길고, 응답 시간이 빠른 네트워크는 지연 시간이 짧다

  • 기업은 생산성 향상과 보다 효율적인 비즈니스 운영을 위해 지연 시간이 짧고 속도가 빠른 네트워크 통신을 원한다
    

• 원인 :
  네트워크 작업과정에서 복잡하고 다양한 요소가 데이터 패킷 이동 속도에 영향을 줌
  • 전송 지연 (Transmission Delay)
    네트워크 장비의 데이터 전송 속도로 결정되며, Server - Client 간 거리와는 무관
    만약 두 라인의 네트워크 사용 환경에서, 한 쪽은 10Mbps, 다른 쪽은 100Mbp이면
    동일한 데이터를 전송할 때 두 라인간의 지연도 10배 차이가 나게 된다.
    
    
  • 전파 지연 (Propagation Delay)
    신호의 전송거리와 전송 매게체로 결정되지만, 네트워크 신호 전달 속도는 빛의 속도보다 낮기 때문에 다른 지연 시간과 비교할 경우 일반적으로 매우 작은 값이 산출된다. 따라서 데이터 패킷은 네트워크 상에 전송 시 소요되는 시간 값과 네트워크 라인 자체에 전자 신호 전송 속도에 영향을 받기 때문에, 전송거리 (d)를 신호 전송 속도로 나누면 전파 지연 시간을 얻을 수 있다.
    
    
  • 노드 처리 지연 (Node Processing Delay)
    라우터 자체 작업인 데이터 패킷 헤더의 처리, 비트 데이터 오류 등의 작업으로 소요되는 시간을 의미한다.네트워크 패킷을 라우터로 전송할 때 라우터에서 패킷 헤더를 검사하여 패킷을 어디로 전송할지 결정하게 된다. 패킷 헤더 이외에도 때때로 패킷 내부의 데이터 일부를 검사하기도 하는데 검사 과정에 어느 정도의 시간이 필요하고 이 과정이 하드웨어에서 직접 처리되어서 소요 시간이 적게 들더라도 지연이 발생하게 된다.
    
    
  • 큐 지연 (Queue Delay)
    데이터 패킷을 라우터로 전송할 때 속도가 빠르면 라우터에서 제 때 처리하지 못해 해당 패킷을 일시적으로 완충 구역인 큐에 머물러 대기 후 전송하게 된다.

네트워크 토폴로지 (Network Topology)

• 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는 지에 대한 연결 형태이자 방식으로, 네트워크 토폴로지 방식에는 트리,버스, 스타, 링형, 메시 등이 있음

  • 로컬 영역 네트워크(LAN)은 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지 둘 다 보여 줄 수 있는 네트워크의 한 예

  • 특정한 토폴로지는 노드 사이의 물리적, 논리적 연결 구성으로 결정되는데 이러한 토폴로지 연구는 그래프 이론을 사용한다

  • 토폴로지에는 기본적으로 다음과 같이 다섯 종류로 나뉨

링 토폴로지

• 링형(ring) 토폴로지란 각각의 노드를 양옆의 두개의 노드와 연결하여 고리 모양을 만들도록 하는 네트워크 구성 방식이다. 하나의 연속된 길을 통하여 통신하는 특성이 있다.

• 장점 : 노드의 수가 늘어나도 네트워크 상의 손실이 거의 없다.충돌이 발생할 가능성이 적으며 노드의 고장 발견을 쉽게 할 수 있다. 또한 네트워크의 크기가 커지더라도 비교적 적은 양의 케이블로 구성할 수 있으므로 비용이 저렴하다.

  • 단점 : 네트워크 구성 변경이 어렵다. 한 노드 및 회선에 문제가 발생할 시, 전체 네트워크에 영향을 미친다. 또한 구성이 복잡해서 설치 및 유지보수가 어렵다.
    

메시 토폴로지

• 메시(mesh) 토폴로지란 망형 토폴로지를 의미하며 그물망과 같은 형태를 띄고 있다.

  • 장점 : 한 노드에서 장애가 발생해도 경로가 여러 개이기 때문에 네트워크를 계속해서 사용할 수 있다. 그렇기에 신뢰성이 높으며,트래픽의 분산 처리가 용이하다. 또한 새로운 노드를 추가하거나 기존 노드를 제거하더라도 전체 네트워크를 중단시키지 않고 다른 노드로 연결할 수 있다.

  • 단점 : 노드의 추가 및 제거가 어렵고, 모든 노드가 서로 직접 연결되어 있기 때문에 케이블 수가 많아지며, 이에 따라 설치 비용이 비싸다. 또한 대역폭이 분산되기 때문에 데이터가 여러 경로를 따라 전송되어 대역폭이 불균형하게 분배될 수 있으며, 이는 전송 속도가 느려지는 원인이 된다.

스타 토폴로지

• 스타(star) 토폴리지란 중앙의 한 노드에 모든 노드가 연결된 네트워크 구조를 의미한다. 또한 이더넷 LAN에서 가장 널리 사용되는 물리적 토폴로지이다.

  • 장점 : 노드를 추가하거나, 에러를 탐지하기 쉽고, 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다. + 어떠한 노드에 장애가 발생했을 때, 이를 발견하기가 쉽다. 또한 중앙 스위치를 통해 노드들이 연결되어 있어 보안성이 높다.

  • 단점 : 중앙 노드에 장애가 발생시, 전체 네트워크에 마비가 생길 수 있다. 또한 모든 노드가 중앙 스위치를 통해 데이터를 전송하기 때문에 대역폭의 한계가 있다.

트리 토폴로지

• 트리(tree) 토폴로지란 계층형 토폴로지이며, 트리의 형태로 네트워크를 구성한 것을 의미한다.
• 장점 : 노드의 추가, 삭제가 쉽다. 또한 스위치를 추가하거나 교체함으로써 네트워크를 쉽게 유지보수할 수 있다.
  • 단점 : 트래픽이 몰릴 때, 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다. 또한 루트 노드에 장애가 발생하면 네트워크 전체가 다운될 수 있다.

버스 토폴로지

• 버스(bus) 토폴로지란 중앙의 통신 회선 하나에 여러 개의 노드를 공유해 놓은 것을 의미한다. 주로 근거리통신망(LAN)에 사용된다.

• 장점 : 신뢰성이 우수하며, 설치 비용이 적다. 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.

  • 단점 : 문제 처리가 어렵고, 시간이 오래걸린다. 어떤 장치에 문제가 생겼는지 모르기 때문에 일일이 찾아야 하며, 스푸핑이 가능하다.

    • 스푸핑이란? LAN 상에서 송신부의 패킷을 관련 없는 수신부의 호스트로 가지않도록 하는 기능을 못하게 하는 현상. 올바르게 수신부로 가야할 패킷이 의도치 않은 노드로 가게 된다.

병목현상 (Bottle Neck)

• 네트워크에서 전송되는 데이터의 양이 많아지면서 전송 속도가 느려지거나 중단되는 현상 또는 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상을 말한다
  
  
  
  

해결법

• 각 서버의 처리량이나 응답 상황 로그를 취득해서 어느 서버가 병목 지점이 되고 있는 찾아내는 것부터 시작
  
  

• 1. 대역폭 확장: 대역폭이 병목 현상의 주요 원인 중 하나이므로, 대역폭을 늘리는 방법으로 병목 현상을 해결할 수 있다. 예를 들어, 치킨집에서는 요리 장비를 추가하거나 요리 시간을 단축시켜 대기 시간을 줄이는 것이 대역폭 확장과 비슷한 개념.
  
  

• 2. 네트워크 분할: 대규모 네트워크를 여러 개의 작은 네트워크로 분할하여 병목 현상을 해결할 수 있다. 예를 들어, 치킨집에서는 매장을 여러 개로 분할하여 주문량을 분산시키는 것이 네트워크 분할과 비슷한 개념.
  
  

• 3. 캐시 사용: 반복적으로 사용되는 데이터를 저장하여 필요할 때마다 불러와 사용하는 캐시를 사용하면 병목 현상을 해결할 수 있다. 예를 들어, 치킨집에서는 매장에서 가장 인기 있는 요리를 사전에 만들어 놓아 즉시 제공하는 것이 캐시와 비슷한 개념.
  
  

• 4. 프로토콜 개선: 병목 현상이 발생하는 원인이 프로토콜에 있다면, 프로토콜을 개선하여 병목 현상을 해결할 수 있다. 예를 들어, 치킨집에서는 요리를 더 빠르게 준비하기 위해 요리 방법을 개선하는 것이 프로토콜 개선과 비슷한 개념.
  
  

• 네트워크의 토폴로지가 중요한 이유는 이러한 병목 현상을 찾을 때, 중요한 기준이 된다.

  

  위와 같은 네트워크 토폴로지에서 병목 현상이 생기게 됐을 때 , 네트워크가 어떠한 토폴로지를 갖는 지 파악한 후, 적절한 회선 추가로 병목 현상을 해결할 수 있다.

  

네트워크 분류

• 네트워크는 Net + Work의 합성어로써 컴퓨터들이 통신 기술을 이용하여 그물망처럼 연결된 통신 이용 형태를 의미한다. 혹은 '어떤 연결을 통해 컴퓨터의 자원을 공유하는 것'이라고 말한다.

• 네트워크는 규모에 따라 근거리통신망(LAN), 도시 통신망(MAN), 광역통신망(WAN)으로 나뉜다.

  • 1. 근거리 네트워크(LAN)

    • 통신망 중에서 제일 작은 개념

    • 사무실 네트워크에서 망을 구축해서 서로 자원을 공유할 수 있게 한 것

    • 근거리 통신망의 선은 총연장 선이 대략 1Km 이내

    • 하나의 건물이나 인접한 건물들의 컴퓨터를 연결하는 통신망

    • 전송속도가 빠르며 혼잡하지 않음

    • 주로 이더넷(Ethernet) 이나 Wi-Fi 기술을 사용함
      
      

  • 2.대도시 통신망(MAN)

    • 넓은 지역을 연결하는 네트워크

    • 통상적으로 반경 50 Km의 범위를 커버

    • 도시 레벨까지 광역화한 광파이버 LAN으로서 데이타, 음성, 화상을 통합하여 취급

    • 몇 개의 LAN이 모여 MAN 구성

    • 주로 개인보다는 통신 서비스 업자(ISP : Internet Service Provide)로 구성

    • 전송속도는 평균이며 LAN보다 더 많이 혼잡함
      
      

  • 3.광역 통신망(WAN)

    • MAN과 MAN이 연결되어 WAN이 이루어진 형태

    • 광역 네트워크를 의미하며 국가, 대륙 등 더 넓은 지역에서 운영됨

    • 전송속도가 낮으며 MAN보다 훨씬 혼잡하다. 또한 많은 컴퓨터와 네트워크 장비가 연결되기에 전송품질은 LAN이나 MAN보다 다소 떨어지는 편임

네트워크 분석 명령어

• ping

  • 가장 기본적인 네트워크 분석 명령어

  • 지정한 호스트에 패킷을 보내고 응답 받는 시간을 측정

  • 해당 노드의 패킷 수신 상태, 도달하기까지 시간 등을 알 수 있으며 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되었는지도 확인할 수 있다

  

• tracert

  • 인터넷 제어 메시지 프로토콜(ICMP) 에코 패킷을 대상에 보내어 대상까지의 경로를 결정함

  • 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 확인 가능

  • 지정한 호스트로 가는 경로를 추적하여 경로 상의 모든 라우터를 나열하고, 각 라우터까지의 시간 지연을 계산

• netstat

  • 현재 컴퓨터와 연결된 네트워크 연결 상태를 출력하여 현재 활성화된 네트워크 연결 정보를 확인

  • 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등 리스트를 보여줌

  • 해당 노드의 패킷 수신 상태, 도달하기까지 시간 등을 알 수 있으며 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되었는지도 확인할 수 있다

    

  

  • Proto : 프로토콜 종류. TCP / UDP / RAW
  • Recv-Q : 해당 process가 현재 받는 바이트 표기
  • Send-Q : 해당 process가 현재 보내는 바이트 표기
  • Local Address : 출발지 주소 및 포트. 자신의 주소 및 포트
  • Foreign Address : 목적지 주소 및 포트
  • State : 포트의 상태 표기.

• nslookup

  • 도메인 이름이나 IP주소에 대한 DNS(Domain Name System) 정보를 조회

  • DNS 역방향 조회를 수행하고 지정된 IP 주소의 호스트 이름을 찾을 수 있음

• nmap

  • 호스트나 네트워크를 스캐닝 할 때 사용하는 port scanning tool

  • 방화벽이 오픈되어 있는지 확인할 수 있음

  • 호스트가 제공하는 서비스(어플리케이션 이름 및 버전), 실행 중인 운영 체제(버전까지 포함), 방화벽 유형을 검색할 수 있으며 시스템 및 네트워크 운영, 모니터링, 작업 등에 유용함
    
    ( 해커들도 Nmap 툴을 기본적으로 사용하며 정보보안, IT 업계쪽이라면 반드시 숙지해야 함 )

네트워크 프로토콜 표준화

프로토콜이란 ? 
프로토콜이란 원래 외교 용어로서 국가와 국가간의 교류를 원활하게 하기 위해 외교에 관한 의례나 
국가간에 약속을 정한 의정서였다. 이것을 네트워크에 적용 한 것이 프로토콜(protocol )

• 서로 다른 기업, 조직 또는 개발자들이 개발한 시스템끼리 통신할 때 생기는 호환성 문제를 해결하기 위한 방법중 하나
  
  
• IEEE 또는 IETF라는 표준화 단체가 프로토콜을 지정함
  
  
• 이렇게 표준화된 프로토콜을 사용하면, 서로 다른 시스템들 간에도 통신이 원활하게 이루어지며, 보안과 안정성도 향상됨

출처
정보통신 기술본 책자
KGITBANK 원격평생교육원
Google API 문서
Google 위키백과
AWS 문서
https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/nslookup
https://cloud.google.com/healthcare-api/docs/how-tos/best-practices?hl=ko
AWS/AMAZON Site https://aws.amazon.com/ko/what-is/latency/
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=techtrip&logNo=221719292177
https://johngrib.github.io/wiki/latency/
https://corona-world.tistory.com/47
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC_%ED%86%A0%ED%8F%B4%EB%A1%9C%EC%A7%80
https://velog.io/@rlaghdtlr012/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-%ED%86%A0%ED%8F%B4%EB%A1%9C%EC%A7%80-%EB%B3%91%EB%AA%A9%ED%98%84%EC%83%81
https://nearhome.tistory.com/129
https://edmblackbox.tistory.com/732
https://blog.voidmainvoid.net/201
https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=lool2389&logNo=220775214964&redirect=Dlog&widgetTypeCall=true&directAccess=false