[네트워크] 네트워크 기초

면접을 위한 CS 전공지식 노트의 일부분을 정리하여 쓰는 글입니다.

면접을 위한 CS 전공지식 노트 - YES24

 

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네트워크 기초

네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있거나, 연결되어 있지 않은 집합체를 의미합니다.

• 노드 : 서버, 라우터, 스위치 등의 네트워크 장치
• 링크 : 유선 또는 무선

 

처리량과 지연 시간

네트워크를 구축할 때는 '좋은' 네트워크를 구축하는 것이 중요합니다. 

 

"좋은 네트워크"

• 많은 처리량을 처리한다.
• 지연 시간이 짧다.
• 장애 빈도가 적다.
• 좋은 보안을 갖추었다.

 

처리량 (throughtput)

: 링크를 통해 전달되는 단위 시간당 데이터양을 말합니다.

 

 

• 단위로는 bps (bits per second) 를 씁니다.
• 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 의미입니다.
• 대역폭 : 주어진 시간 동안 네트워크 연결을 통해 흐를 수 있는 최대 비트 수 
• 처리량은 다음 항목에 영향을 받습니다.
  • 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽
  • 네트워크 장치 간의 대역폭
  • 네트워크 중간에 발생하는 에러
  • 장치의 하드웨어 스펙

 

지연 시간 (latency)

: 요청이 처리되는 시간, 즉 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸린 시간

 

 

지연 시간은 다음 항목들에 의해 영향을 받습니다.

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

 

네트워크 토폴리지와 병목 현상

네트워크 토폴리지 (Network topology)

네트워크를 설계할 때 고려하는 네트워크 토폴리지에 대해 알아보겠습니다.

네트워크 토폴리지는 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 의미합니다.

 

트리 토폴리지

: 트리(tree) 토폴리지는 계층형 토폴리지라고 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말합니다.

 

 

다음과 같은 특징이 있습니다.

• 노트의 추가, 삭제가 쉽다
• 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다.

 

버스 토폴리지

: 버스(bus) 토폴리지는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말합니다.

근거리 통신망(LAN)에서 사용합니다.

 

 

• 설치 비용이 적다.
• 신뢰성이 우수하다.
• 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.
• 스푸핑이 가능한 문제점이 있다.

스푸핑(Spoofing)❔

스푸핑은 LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에게 가지 않도록하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 관련 없는 특정 노드에 패킷이 오도록 처리하는 것을 말합니다.

 

스푸핑을 적용하면 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달되게 됩니다.

 

스타 토폴리지

: 스타(star, 성형) 토폴리지는 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말합니다.

 

 

• 노드를 추가하기 쉽다.
• 에러를 탐지하기 쉽다.
• 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다.
• 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우, 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적다.
• 중앙 노드에 장애가 발생하면, 전체 네트워크를 사용할 수 없다.
• 설치 비용이 고가이다.

 

링형 토폴리지

: 링형(ring) 토폴리지는 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식입니다.

 

 

 

• 데이터는 노드에서 노드로 이동하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리한다.
• 노드 수가 증가되어도, 네트워크 손실이 거의 없다.
• 충돌이 발생할 가능성이 적다.
• 노드의 고장 발견을 쉽게 할 수 있다.
• 네트워크 구성 변경이 어렵다.
• 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 끼친다.

 

메시 토폴리지

: 메시(mesh) 토폴리지는 망형 토폴리지라고도 하며 그물망처럼 연결되어 있는 구조입니다.

 

 

• 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크를 계속 사용할 수 있다.
• 트래픽 분산 처리가 가능하다.
• 노드의 추가가 어렵다.
• 구축 비용과 운영 비용이 고가다.

 

병목 현상

네트워크의 구조라고도 일컫는 토폴리지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문입니다.

 

 

위의 그림처럼 서비스를 만들었다고 가정합시다. 하지만 병목 현상이 일어나 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생하고 있습니다. 관리자는 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정해도 성능이 개선되지 않습니다.

 

관리자가 네트워크 토폴리지를 확인하여, 서버와 서버 간과 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가하여 병목 현상을 해결했습니다.

 

이처럼 네트워크가 어떤 토폴리지를 갖는지, 또한 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결할 수 있습니다.

 

참고 : 병목 현상?
병목 (bottleneck) 현상은 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상을 말한다.
예를 들어, 병의 몸통보다 병의 목 부분이 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 접속하지 못하게 된다.

 

네트워크 분류

네트워크는 규모를 기반으로 분류할 수 있습니다.

• LAN (Local Area Network) : 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모
• MAN (Metropolitan Area Network) : 서울시 등 시 정도의 규모
• WAN (Wide Area Network) : 세계 규모의 WAN

 

LAN

• 근거리 통신망을 의미한다.
• 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영된다.
• 전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않다.

MAN

• 대도시 지역 네트워크를 나타낸다.
• 도시 같은 넓은 지역에서 운영된다.
• 전송 속도는 평균이며 LAN 보다 더 혼잡하다.

WAN

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

 

네트워크 성능 분석 명령어

애플리케이션 코드 상에는 전혀 문제가 없는데, 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못하는 상황이 발생하면 이는 네트워크 병목 현상일 가능성이 높습니다.

 

네트워크 병목 현상의 주된 원인

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

이땐, 네트워크 관련 테스트와 네트워크와 무관한 테스트를 통해 '네트워크로부터 발생한 문제점' 인 것을 확인한 후 네트워크 성능 분석을 해야 합니다.

이때 사용되는 명령어를 알아보겠습니다.

 

Ping

: ping (Packet INternet Groper) 은 네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어

 

• 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지 시간 등을 알 수 있다.
• 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지 확인할 수 있다.
• TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작한다.
• ICM 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 없다.
• 네트워크 정책상 ICMP나 tracerout 를 차단하는 대상의 경우도 ping 테스팅이 불가능하다.
• ping [IP주소 또는 도메인 주소] 로 실행한다.

 

• ping www.goggle.com -n 12 라는 명령어를 구동한 모습
• -n 12 옵션을 넣어서 12번 패킷을 보내고 12번 패킷을 받는 모습을 볼 수 있다.

 

netstat

: 접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용

 

• 네트워크 접속
• 라우팅 테이블
• 네트워크 프로토콜 리스트를 보여준다.
• 주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 쓴다.

현재 접속하고 있는 사이트 등에 관한 네트워크 상태 리스트를 볼 수 있다.

 

nslookup

: DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어

 

• 특정 도메인에 매핑된 IP 를 확인하기 위해 사용한다.

google.com 의 DNS를 확인하는 모습

 

tracert

: 목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어

 

• 윈도우에선 tracert , 리눅스에선 traceroute 라는 명령어로 구동
• 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 등을 확인 가능

 

• 구글 사이트에 도달하기까지의 경로를 추적하는 모습

 

이외에도 ftp를 통해 파일을 전송하여 테스팅하거나 tcpdump를 통해 노드로 오고 가는 패킷을 캡쳐하는 등의 명령어가 있습니다.
네트워크 분석 프로그램으로는 wireshark와 netmon이 있습니다.

 

 

네트워크 프로토콜 표준화

: 네트워크 프토콜이란 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스를 말합니다.

 

이러한 프로토콜은 기업이나 개인이 발표해서 정의하는 것이 아닌 IEEE 또는 IETF라는 표준화 단체가 이를 정합니다.

 

• iEEE 802.3 은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜
• 이를 통해 다른 기업이 많은 다른 장치라도 서로 데이터를 수신할 수 있게 된다.
• 웹을 접속할 때 쓰이는 프로토콜은 HTTP
• '서로 약속된' 인터페이스인 HTTP라는 프로토콜을 통해 노드들은 웹 서비스를 기반으로 데이터를 주고 받을 수 있다.

 

이미지 출처 : https://thebook.io/080326/