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1. 네트워크의 기초.md

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네트워크의 기초

목차

개요

네트워크의 기초에 대해서, 네트워크에 발생할 수 있는 문제 상황에 대처하기 위한 개념 위주로 이해한다.

핵심 용어

  • 네트워크: 노드(네트워크 장치)와 링크(유선, 무선)가 서로 연결되어 리소스를 공유하는 집합
  • TCP/IP: 인터넷 프로토콜 스위트 중 하나로, 데이터 전송을 위한 표준 프로토콜

    인터넷 프로토콜 스위트: 인터넷에서 컴퓨터들이 서로 정보를 주고받는 데 쓰이는 통신규약의 모음

처리량과 지연 시간

좋은 네트워크란?

  • 처리량 높음
  • 지연시간 짧음
  • 장애 빈도 적음
  • 보안 좋음

처리량이란?

  • 의미: 처리량은 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 말한다.

    • 처리량이 많아졌다는 말은 처리되는 트래픽이 많아졌다는 말과 같다.

      트래픽: 특정 시점에 링크 내에 흐르는 데이터의 양

  • 단위: bps(bits per second) 초당 전송 비트 수

  • 처리량에 영향을 끼치는 것

    • 사용자들의 트래픽
    • 네트워크 중간에 발생하는 에러
    • 장치의 하드웨어 스펙
    • 네트워크 장치 간의 대역폭

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

지연시간이란?

  • 지연 시간은 데이터가 전송되는 데 걸리는 시간을 의미한다.

  • 지연시간에 영향을 끼치는 것

    • 매체 타입(유선, 무선)
    • 패킷 크기
    • 라우터의 패킷 처리 시간

      라우터: 네트워크 상에서 데이터 패킷을 전달하는 장치

  • 응용 사례: 지연 시간이 길어지면 어떻게 할까?

    • 해결 방안: 대역폭이 넓은 네트워크에서는 처리량이 높고 지연 시간이 낮다. 따라서 지연 시간이 길어질 경우 대역폭을 증가시켜 해결할 수 있다.

처리량과 지연 시간이 중요한 이유

  • 고성능 네트워크는 수익 창출과 운영 효율성에 직접적인 영향을 미친다.
    • 예시로 처리량이 적고 지연 시간이 긴 네트워크는 많은 양의 데이터를 전송 및 처리하는 데 어려움을 겪으며, 이로 인해 정체가 발생하고 애플리케이션 성능이 저하된다.
    • 반대로 처리량이 많고 지연 시간이 짧은 네트워크는 반응성이 뛰어나고 효율적이다.

네트워크 토폴로지

  • 개념

    • 네트워크 토폴로지는 네트워크 장치 간의 물리적 및 논리적 구성이다.
    • 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 된다.

  • 종류

    • 트리 토폴로지, 버스 토폴로지, 스타 토폴로지, 링 토폴로지, 메시 토폴로지가 있다.

트리 토폴로지

트리

  • 개념

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

  • 장점

    • 하나의 1차 노드에 더 많은 노드를 연결할 수 있고, 노드의 추가, 삭제가 쉽다.

  • 단점

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

  • 응용

    • 케이블 TV

버스 토폴로지

버스

  • 개념

    • 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말하며, 근거리 통신망(LAN)에서 사용한다.

  • 장점

    • 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하며 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.

  • 단점

    • 스푸핑이 가능하다.

    스푸핑: LAN 상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 것을 스위칭 기능이라고 하는데, 스푸핑은 이를 마비시키거나 속여서 특정 노드(악의적 노드)에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것을 말합니다.

  • 응용

    • 사무실 등의 근거리 통신망(LAN)

스타 토폴로지

스타

  • 개념

    • 스타 토폴로지는 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말한다.

  • 장점

    • 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고, 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다.
    • 어떠한 노드에 장애가 발생하더라도 쉽게 에러를 발견할 수 있으며, 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적다.

  • 단점

    • 중앙 노드에 장애가 발생할 경우 전체 네트워크를 사용할 수 없다.
    • 설치 비용이 고가이다.

  • 응용

    • 은행C/S, 전화 교환망

링형 토폴로지

링

  • 개념

    • 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 네트워크 상의 손실이 거의 없다.
    • 충돌이 발생할 가능성이 적다.
    • 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있다.

  • 단점

    • 네트워크 구성 변경이 어렵다.
    • 단방향 전송이기 때문에 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 큰 영향을 끼친다.

  • 응용

    • RPR

메시 토폴로지

메시

  • 개념

    • 메시 토폴로지는 망형 토폴로지라고도 하며 그물망처럼 연결되어 있는 구조이다.

  • 장점

    • 한 단말 장치에 장애가 발생하더라도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크를 계속 사용할 수 있고, 트래픽의 분산 처리가 가능하다.

  • 단점

    • 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 운용 비용이 고가이다.

  • 응용

    • 인터넷

하이브리드 토폴로지

  • 개념

    • 하이브리드 토폴로지는 두개 이상의 서로 다른 토폴로지가 결합된 네트워크 형태를 뜻한다.

  • 장점

    • 조직의 요구사항에 따라 유연하게 설계할 수 있다.
    • 네트워크의 강점은 극대화하면서 약점은 최소화하는 방식으로 설계할 수 있다.

  • 단점

    • 아키텍처가 복잡하며 하이브리드 토폴로지에 사용되는 허브가 비싸고 인프라 비용이 높아 비용이 많이 든다.

병목 현상

  • 개념

    • 병목 현상은 네트워크에서 데이터 전송 속도가 제한되는 지점을 의미한다.

  • 특징

    • 네트워크가 어떤 토폴로지를 갖는지, 또 어떠한 경로로 이루어져 있는지를 알면 병목 현상을 올바르게 해결할 수 있다.

  • 주된 원인

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

  • 응용 사례

    • 병목 현상으로 인해 지연 시간이 길게 발생할 때, 이를 해결하기 위해 대역폭을 크게 설정했음에도 성능이 개선되지 않았다고 가정한다.
    • 이 때 네트워크 토폴로지를 확인한 뒤, 서버와 서버 간 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가하는 등 네트워크 장치를 업그레이드하여 병목 현상을 해결할 수 있다.

네트워크 분류

  • 네트워크는 규모를 기반으로 다음 세 가지로 분류된다.

    • 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모인 LAN(Local Area Network)
    • 서울시 정도 규모인 MAN(Metropolitan Area Network)
    • 세계 규모인 WAN(Wide Area Network)

  • LAN

    • 개념

      • 근거리 통신망을 의미하며 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영된다.

    • 특징

      • 전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않다.

  • MAN

    • 개념

      • 대도시 지역 네트워크를 의미하며 도시 같은 넓은 공간에서 운영된다.

    • 특징

      • 전송 속도는 평균이며 LAN 보다는 더 혼잡하다.

  • WAN

    • 개념

      • 광역 네트워크를 의미하며 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영된다.

    • 특징

      • 전송 속도는 낮으며 MAN 보다 더 혼잡하다.

네트워크 성능 분석 명령어

  • 분석 명령어가 필요한 이유

    • 상황

      • 애플리케이션 코드상에는 전혀 문제가 없지만 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못하는 상황일 때, 네트워크 병목 현상일 가능성이 있다.

    • 대처 방법

      • 네트워크 관련 테스트와 네트워크와 무관한 테스트를 통해 ‘네트워크로부터 발생한 문제점’인 것을 확인한다.
      • 따라서 네트워크 성능 분석을 하게 될 시 분석 명령어가 필요하다.

ping

  • 개념

    • 네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어

  • 사용처

    • 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지 시간 등을 알 수 있다.
    • 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지를 확인할 수 있다.
    • ping은 TCP/IP 프로토콜 중에서 ICMP 프로토콜을 통해 동작하며, 이 때문에 ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 없거나 네트워크 정책 상 traceroute 를 차단하는 대상의 경우 ping 테스팅은 불가능하다.

      ICMP: 인터넷 제어 메시지 프로토콜. 프로토콜 네트워크 장치에서 네트워크 통신 문제를 진단하는데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜

  • 응용 사례

    • 윈도우의 경우 -n 옵션을 넣어서(리눅스의 경우 -c 옵션을 넣어서) 12번의 패킷을 보내고 12번의 패킷을 받도록 할 수 있다.

      // ping [IP 주소 또는 도메인 주소]
> ping www.google.com -n 12

netstat

  • 개념

    • 접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는 데 사용되며, 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등의 리스트를 보여준다.

  • 사용처

    • 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 사용한다.

  • 응용 사례

    • 터미널에 입력해보면 다음과 같이 현재 연결된 서비스들의 네트워크 상태가 나온다. 
      > netstat

nslookup

  • 개념

    • DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어

  • 사용처

    • 특정 도메인에 매핑된 IP를 확인하기 위해 사용한다.

  • 응용 사례

    • google.com 의 DNS 를 확인할 수 있다. 
      > nslookup
> google.com

      DNS: Domain Name System의 약자로, 사람이 읽을 수 있는 도메인 이름(ex. www.google.com)을 기계가 읽을 수 있는 IP주소(ex. 142.250.206.206)로 변환하는 시스템

tracert

  • 개념

    • 목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어
    • 윈도우에서는 tracert, 리눅스에서는 traceroute 라는 명령어로 구동된다.

  • 사용처

    • 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 등을 확인할 수 있다.

  • 응용 사례

    • 다음처럼 구글 사이트에 도달하기까지의 경로를 추적하는 데 사용할 수 있다. 
      > traceroute www.google.com

그 밖의 명령어, 프로그램

  • ftp : 대형 파일을 전송하여 테스팅하는 명령어
  • tcpdump : 노드로 오고 가는 패킷을 캡처하는 명령어
  • wireshark , netmon: 네트워크 분석 프로그램

네트워크 프로토콜 표준화

  • 개념

    • 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통의 인터페이스를 말한다.

  • 특징

    • 프로토콜은 기업이나 개인이 아닌 IEEE 또는 IETF 라는 표준화 단체가 정한다.

      IEEE802.3: 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN 을 구축할 때 쓰인다. 이를 통해서 각각 다른 기업이 만든 장치라도 서로간에 데이터를 수신할 수 있다.

  • 응용 사례

    • 웹을 접속할 때 쓰이는 HTTP 프로토콜을 통해, 노드들은 웹 서비스를 기반으로 데이터를 주고받을 수 있다.

참고 자료