CS 지식 채우기 한 스푼 (네트워크)

비전공으로 학부 때 배우지 못한 전공 지식을 채우기 위한 비정기적 포스팅 1

 

** 네트워크

: 네트워크는 노드들이 링크로 연결되어 리소스를 공유하는 집합

 

노드 : 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치

링크 : 유선 / 무선

 

* 처리량과 지연 시간

좋은 네트워크란 많은 처리량을 처리할 수 있으며 지연 시간이 짧고 장애 빈도가 적으며 좋은 보안을 갖춘 네트워크를 말한다.

처리량(throughput)

링크를 통해 전달되는 단위 시간당 데이터양을 말한다.

단위로는 bps를 쓴다. 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 의미다.
처리량은 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽, 네트워크 장치 간의 대역폭, 네트워크 중간에 발생하는 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 영향을 받는다.

 

** 대역폭 : 주어진 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수

지연 시간(latency)

요청이 처리되는 시간을 말하며 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸린 시간을 말한다.

지연 시간은 매체 타입(무선, 유선), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다.

 

** 패킷 : 네트워크를 통해 전송하기 쉽도록 자른 데이터의 전송 단위

 

* 네트워크 토폴로지와 병목 현상

 

네트워크 토폴로지(network topology)

: 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 의미한다.

 

트리 토폴로지
트리(tree) 토폴로지는 계층형 토폴로지라고 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말한다.
버스형 토폴로지를 변형한 형태이다.
정점(root) 노드에 여러 개의 노드가 트리형으로 연결되어 있고, 양방향으로 모든 노드에게 데이터를 전송한다.

장점

• 노드의 추가, 삭제가 쉽다
• 통신 선로가 짧고, 통신 회선수가 절약된다.

단점

• 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다.
  
  

버스 토폴로지
버스(bus) 토폴로지는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말한다.
근거리 통신망(LAN)에서 사용한다.

장점

• 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하다.
• 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.
• 하나의 컴퓨터에 문제가 생겨도 다른 컴퓨터간의 데이터 통신에 영향을 주지 않는다.

단점

• 스푸핑이 가능하다.
• 케이블에 문제가 생기면 모든 네트워크에 영향을 준다.
• 컴퓨터간의 동시 통신이 불가능하다.
• 보내는 데이터가 많으면 병목현상 발생
  
  

** 스푸핑 : 스푸핑은 LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것을 말한다.

 

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

스타 토폴로지
스타(star, 성형) 포톨로지는 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말한다.

장점

• 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽다.
• 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다.
• 에러를 발견하기 쉽고 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적다.

단점

• 중앙에 시스템이 집중되어 있기 때문에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 마비된다.
• 설치 비용이 고가이다.
  
  

링형 토폴로지
링형(ring) 토폴로지는 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식이다.
데이터는 노드에서 노드로 이동을 하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리한다.

장점

• 노드 수가 증가되어도 네트워크상의 손실이 거의 없다.
• 충돌이 발생되는 가능성이 적고 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있다.

단점

• 네트워크 구성 변경이 어렵다.
• 통신의 효율성이 낮다.
• 회선에 장애가 발생하면 전체 네크워크에 영향을 끼친다.
  
  

메시 토폴로지
메시(mesh) 토폴로지는 망형 토폴로지라고도 하며 그물망처럼 연결되어 있는 구조이다.
모든 네트워크와 컴퓨터가 개별적으로 연결된 것을 말한다.

장점

• 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로로 네트워크를 계속 사용할 수 있다.
• 트래픽 분산 처리가 가능하다.

단점

• 노드의 추가가 어렵다.
• 구축 비용과 운용 비용이 많이 든다.

* 병목 현상

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

 

** 병목 현상

병목 현상은 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상을 말한다.
예를 들어 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.

서비스를 만들었는데 병목 현상이 일어나서 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생하고 있을 때 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정해도 성능이 개선되지 않았다.

이때 관리자는 네트워크 토폴로지가 어떻게 되어 있나 확인하고 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알고 회선을 추가하면 병목 현상을 해결할 수 있다.

* 네트워크 분류

네트워크는 규모를 기반으로 분류할 수 있다.
사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모인 LAN(Local Area Network)
서울시 등 시 정도의 규모인 MAN(Metropolitan Area Network)
세계 규모의 WAN(Wide Area Network)가 있다.

LAN

LAN은 근거리 통신망을 의미하며 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영된다.
전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않다.

MAN

MAN은 대도시 지역 네트워크를 나타내며 도시 같은 넓은 지역에서 운영된다.
전송 속도는 평균이며 LAN보다는 더 많이 혼잡하다.

WAN

WAN은 광역 네트워크를 의미하며 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영된다.
전송 속도는 낮으며 MAN보다 더 혼잡하다.

❕네크워크를 분류한 이유
각 영역안에서 발생하는 데이터 트래픽을 더 효율적으로 처리하기 위해서다.
❕트래픽
서버와 스위치 등 네트워크 장치에서 일정 시간 내에 흐르는 데이터의 양

* 네트워크 성능 분석 명령어

애플리케이션 코드상에는 전혀 문제가 없는데 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못하는 상황이 발생되기도 하며, 이는 네트워크 병목 현상일 가능성이 있다.

 

** 네트워크 병목 현상 원인

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

이때는 네트워크 관련 테스트와 네트워크와 무관한 테스트를 통해 네트워크로부터 발생한 문제점인 것을 확인한 후 네트워크 성능 분석을 해봐야 한다.

 

* ping(Packet INternet Groper)

네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어다.
이를 통해 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기 까지 시간 등을 알 수 있으며 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지 확인할 수 있다.

ping은 TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작하며, 이 때문에 ICMP프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 없거나 네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상의 경우 ping 테스팅은 불가능하다.

 

** TTL : 데이터가 서버까지 도달할 때 거치는 네트워크 갯수

-n 12옵션을 넣어서 12번의 패킷을 보내고 12번의 패킷을 받는 것을 알 수 있다.

- netstat

접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는 데 사용된다.
네트워크 접속, 라우팅, 테이블, 네트워크 프로토콜 등 리스트를 보여준다.
주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 사용한다.

현재 접속하고 있는 사이트 등에 관한 네트워크 상태 리스트를 보여준다.

- tracert

윈도우에서는 tracert이고 리눅스에서는 traceroute라는 명령어로 구동된다.
목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어다.
목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답시간이 느려지는지 등을 확인할 수 있다.

구글 사이트에 도달하기까지의 경로 추적을 하는 모습이다.

이외에도 ftp를 통해 대형 파일을 전송하여 테스팅하거나

tcpdump를 통해 노드로 오고 가는 패킷을 캡처하는 등의 명령어가 있다.
네트워크 분석 프로그램으로는 wireshark, netmon이 있다.