[CS 기초] 네트워크의 기초 (1)

네트워크의 기초

네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되

어 리소스를 공유하는 집합을 의미한다.

• 노드: 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미한다.
• 링크: 유선 또는 무선을 의미한다.

처리량과 지연 시간

처리량(Throughput)

처리량은 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 의미하며, 얼마나 많은 트래픽을 처리했는지를 나타낸다.
단위는 bps(bits per second)로, 초당 전송 또는 수신되는 비트 수를 뜻한다.

처리량에 영향을 미치는 요소:

• 트래픽 증가
• 네트워크 장치 간의 대역폭(Bandwidth, 주어진 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수)
• 네트워크 중간에 발생하는 에러
• 네트워크 장치의 하드웨어 스펙

*참고* 트래픽 != 처리량

트래픽이 많아졌다 = 흐르는 데이터가 많아졌다.

처리량이 많아졌다 = 처리되는 트래픽이 많아졌다.

트래픽이 증가한다 => 처리되야 할 양이 늘어난다 => 많은 thruoghput이 필요하다.

지연 시간(latency)

지연 시간은 네트워크 내에서 데이터를 주고받는 데 걸리는 시간을 의미한다. 특히, 요청이 처리되고 응답이 돌아오는 왕복 시간(RTT, Round Trip Time)이 중요한 척도가 된다.

지연 시간의 구성 요소:

• 전송 지연(Transmission Delay): 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간. 데이터 크기와 전송 속도에 따라 결정된다.
• 전파 지연(Propagation Delay): 신호가 링크를 따라 전파되는 데 걸리는 시간. 링크의 길이와 매체 특성에 영향을 받는다.
• 처리 지연(Processing Delay): 노드에서 데이터 패킷을 분석하고 처리하는 데 걸리는 시간.
• 큐잉 지연(Queuing Delay): 네트워크 장치에서 데이터가 대기열에 머무르는 시간. 트래픽이 많을수록 증가한다.

네트워크 토폴로지(Network topology) 와 병목 현상(Bottleneck)

네트워크 토폴로지

네트워크 토폴로지는 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형식을 의미한다. 아래는 주요 토폴로지의 종류이다.

1. 트리 토폴로지 (계층형 토폴로지)

• 트리 형태로 배치된 네트워크 구성 방식
• 장점: 노드의 추가와 삭제가 용이하다.
• 단점: 특정 노드에 트래픽이 집중되면 하위 노드에 영향을 미칠 수 있다.

2. 버스 토폴로지

• 중앙 통신 회선 하나에 여러 노드가 연결되어 있는 구조. 주로 근거리 통신망(LAN)에서 사용된다.
• 장점:
  • 설치 비용이 적다.
  • 신뢰성이 우수하다.
  • 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.
• 단점: 스푸핑이 가능해질 수 있다.
• 참고: 스푸핑(spoofing)이란, LAN 상에서 송신부의 패킷이 관련 없는 다른 호스트에 도달하도록 스위치 기능을 마비시키거나 악의적인 노드로 패킷을 유도하는 행위를 뜻한다.

  

  
  
  

3. 스타 토폴로지

• 중앙 노드에 모든 노드가 연결된 구성 방식
• 장점:
  • 노드 추가와 에러 탐지가 용이하다.
  • 패킷 충돌 가능성이 적다.
  • 특정 노드 장애가 전체 네트워크에 영향을 주지 않는다(중앙 노드 제외).
• 단점: 중앙 노드 장애 발생 시 전체 네트워크에 영향을 준다.

4. 링형 토폴로지

• 모든 노드가 양 옆의 노드와 연결되어 고리 형태로 구성된 방식
• 장점:
  • 노드 수 증가 시 네트워크 손실이 거의 없다.
  • 충돌 가능성이 낮다.
  • 노드 고장을 쉽게 찾을 수 있다.
• 단점:
  • 네트워크 구성 변경이 어렵다.
  • 회선 장애 시 전체 네트워크에 영향을 준다.

5. 메시 토폴로지 (망형 토폴로지)

• 노드들이 그물망처럼 연결된 구조
• 장점:
  • 특정 장치 장애 시에도 여러 경로를 통해 네트워크 사용 가능
  • 트래픽 분산 처리 가능
• 단점:
  • 노드 추가가 어렵다.
  • 구축 및 운용 비용이 높다.

병목 현상(Bottleneck)

토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문.

병목현상

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

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

만약, 병목 현상이 일어나 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생하고 있고 관리자가 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정했음에도 성능이 개선되지 않는 상황이다.
그럴 때 관리자가 네트워크 토폴로지가 어떻게 되어있나 확인하고, 서버와 서버 간 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가해 병목 현상을 할 수 있다.

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

네트워크 분류

네트워크는 규모를 기반으로 분류함.

1. LAN(Local Area Network)

 

• 근거리 통신망을 의미하며, 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영된다.
• 특징: 근거리 통신망으로, 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 사용된다.
  • 장점:
    • 높은 전송 속도
    • 낮은 혼잡도
  • 단점:
    • 넓은 범위로 확장하기 어렵다.

 

2. MAN(Metropolitan Area Network)

 

• 대도시 지역 네트워크를 나타내며, 도시 같은 넓은 지역에서 운영된다.
• 특징: 대도시 지역 네트워크로, LAN보다 넓은 범위를 커버한다.
  • 장점:
    • 도시 규모의 네트워크를 효율적으로 관리할 수 있다.
  • 단점:
    • LAN보다 혼잡도가 높고, 속도가 다소 느리다.

 

3. WAN(Wide Area Network)

• 광역 네트워크를 의미하며, 국가 또는 대륙 같은 넓은 지역에서 운영된다.
• 특징: 광역 네트워크로, 국가나 대륙 단위의 넓은 범위를 대상으로 한다.
  • 장점:
    • 글로벌 네트워크 연결 가능
  • 단점:
    • 전송 속도가 느리고 혼잡도가 높다.