이번 블로깅에선 CS지식 중에서도 네트워크의 기초에 대해 넓게 배워보자.

네트워크란?

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

말이 좀 어려운데, 여기서 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미하고 링크는 유선 또는 무선을 의미한다. 따라서 서버 같은 네트워크 장치를 유선 또는 무선을 통해 연결해주는 전체적인 구조를 네트워크라고 한다.

처리량과 지연시간

그렇다면 좋은 네트워크를 만들기 위해선 어떤 것이 필요할까?
-> 많은 처리량을 처리할 수 있으며, 지연시간이 짧고, 장애 빈도가 적으며 좋은 보안을 갖춘 네트워크가 좋은 네트워크라고 할 수 있을 것이다.

처리량?

처리량(throughtput)은 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 말하며 보통 얼만큼의 트래픽을 처리했는지를 나타낸다.

단위로는 bps(bits per second)가 쓰인다. 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 의미이다.
-> 이러한 처리량은 어떠한 것에 영향을 받을까?

1. 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽
2. 네트워크 장치 간의 대역 폭
3. 네트워크 중간에 발생하는 에러
4. 장치의 하드웨어 스펙

위 사진에 나온 생소한 단어들을 정리해보자.
트래픽은 특정 시점에 링크 내에 흐르는 데이터의 양을 말한다.
처리량은 트래픽이 처리되는 양을 말한다.
대역폭은 주어진 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 있는 최대 비트 수이다.

지연 시간?

지연 시간(latency) 란 요청이 처리되는 시간을 말하며, 어떤 두 장치 사이를 왕복하는데 걸린 시간을 말한다.

그렇다면 이는 어떠한 요소에 영향을 받을까?

1. 매체 타입(유선인지, 무선인지)
2. 패킷 크기
3. 라우터의 패킷 처리 시간

네트워크 토폴로지와 병목 현상

네트워크에 대한 개념, 어떤 네트워크가 좋은지에 대해 알아보았다.
이를 어떻게 만들면 좋은 네트워크를 만들 수 있을까?

네트워크 토폴로지

네트워크 토폴로지 (network topology) 란 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 행태를 의미한다.

네트워크의 형태를 네트워크 토폴로지라고 생각하면 좋을 것 같다.
그렇다면 이 형태에는 어떤 종류가 있을까?

트리 토폴로지

트리 토폴로지는 계층형 토폴로지라고 하며, 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말한다.

-> 이는 노드의 추가, 삭제가 쉽다는 장점이 있다. 하지만 특정 노드에 트래픽이 집중되면 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다는 단점이 존재한다.

버스 트폴로지

버스 토폴로지는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말하며 근거리 통신망(LAN)에서 사용된다.

이는 설치비용이 적고 신뢰성이 우수하며 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.
그러나 스푸핑이 가능한 문제점이 있다.

• 스푸핑이란?
  

LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키서나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 하는 것을 말한다.
-> 한마디로 이상한 패킷으로 가게 한다는 뜻

스타 토폴로지

스타 토폴로지는 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말한다.

이는 노드를 추가하거나 에러 탐지하기가 쉽고, 패킷의 충돌 발생 가능성도 적다. 또한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있으며, 중앙 노드를 제외하고 장애 노드 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적다.
하지만 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없으며, 설치 비용도 많이 든다.

링형 토폴로지

링형 토폴로지는 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식이다.

이는 데이터가 노드에서 노드로 이동을 하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리한다.

노드의 수가 증가되어도 네트워크 상의 손실이 거의 없고, 충돌이 발생되는 가능성이 적고, 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있다.
하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 준다.

메시 토폴로지

메시 토폴로지는 망형 토폴로지라고도 하며, 그물망처럼 연결되어 있는 구조이다.

한 단말 장치에서 장애가 발생해도 다른 경로로 네트워크를 계속해서 사용할 수 있고 트래픽도 분산처리가 가능하다는 장점이 있다.
하지만 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 운용 비용이 고가라는 단점이 있다.

병목 현상

병목 현상이란. 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상을 말한다.

예를 들면 병의 몸통보다 목 부분이 상대적으로 좁아서 천천히 쏟아지는 것을 예시로 들을 수 있다.

그렇다면 이러한 병목현상이 왜??

사용자가 네트워크를 사용할때 이러한 병목현상이 일어날 때 위에서 설명한 토폴로지의 역할이 매우 중요하다. 이러한 병목현상이 발생했을때, 토폴로지의 형태를 파악하고 개선된 경로를 추가하는 것이 빠른 해결방법이 될 수 있다.

네트워크의 분류

네트워크는 규모를 기반으로 분류할 수 있다. 이때 나온 것이 LAN, MAN 과 WAN 이다.

1. LAN
   LAN은 Local Area Network로 근거리 통신망을 의미하며 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영된다. 전송속도가 빠르고 혼잡하지 않다는 특징이 있다.

2. MAN
   MAN은 Metropolitan Area NewWork로 대도시 지역 네트워크를 나타내며 도시 같은 넓은 지역에서 운영된다. 전송속도는 평균이며, LAN보다는 혼잡하다.

3. WAN
   WAN은 Wide Area Network로 광역 네트워크를 의미하며 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영된다.
   전송속도는 크기가 큰 만큼 느리며, 이전 두개보다 더 혼잡하다.

네트워크 성능 분석 명령어

애플리케이션의 코드에도 전혀 문제가 없는데 데이터가 제대로 안불러와진다면 이는 네트워크 병목 현상을 의심해봐야한다.
네트워크 병목현상의 주된 원인은 다음 4가지이다.

1. 네트워크 대역폭
2. 네트워크 토롤로지
3. 서버 CPU, 메모리 사용량
4. 비효율적인 네트워크 구성

이럴때는 검사를 해봐야하는데, 네트워크 관련 테스트와 무관한 테스트를 진행하여 네트워크 문제인지를 파악해야한다. 이때 사용되는 명령어에는 어떤것이 있을까?

ping

ping(Paket INternet Groper)은 네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드에 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어이다. 이를 통해 해당 노드의 수신상태와 도달 시간을 알 수 있으며,네트워크가 잘 연결되어 있는지를 확인해볼 수 있다.

실행방법: ping[IP 주소 또는 도메인 주소]

netstat

이는 접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용되며 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등 리스트를 보여준다. 주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 쓴다.

실행방법: netstat

nslookup

이는 DNS와 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어이다. 특정 도메인에 매핑된 IP를 확인하기 위해 사용한다.

실행방법: nslookup

tracert

원도우는 tracert이고 리눅에서는 traceroute라는 명령어로 구동된다.

이는 목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어이다. 목적지 노드까지 구간 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는 등을 확인할 수 있다.

실행방법: tracert[IP 주소 또는 도메인 주소]

이외

위에 뿐만 아니라 ftp, tcpdump, wireshark, netmon등 여러가지가 있다.

네트워크 프로토콜 표준화

위에서 처럼 여러가지 형태로 네트워크를 주고 받기 위해서는 주고 받는 방법을 통일해야 할 필요가 있을 것이다.

다른 장치들끼리 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스를 네트워크 프로토콜 이라고 말한다.

이러한 것을 IEEE 또는 ITEF라는 표준화 단체에서 정한다.

대표적으로 IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜이다. 이러한 표준화를 통해 만든 기업이 다른 장치라도 서로 데이터 간에 수신이 가능하게 한다.
웹의 경우에는 HTTP가 있다. 이를 통해 노드들은 웹 서비스 기반을 데이터를 주고 받을 수 있는 것이다.