면접을 위한 CS 전공지식 노트 (3) - 네트워크의 기초

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네트워크
네트워크는 컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용하여 구축하는 연결망을 지칭하는 용어이다.
네트워크의 기초부터 시작해서 네트워크를 이루는 계층, 장치 등에 대해 알아보자.

01. 네트워크의 기초

네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있거나 연결되어 있지 않은 집합을 의미
(알고리즘 그래프 이론과 비슷)

• 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장비를 의미
• 링크는 유선 또는 무선을 의미

🚀 처리량과 지연 시간

• 네트워크를 구축할 때는 ‘좋은’ 네트워크로 만드는 것이 중요하다.
• 좋은 네트워크란 많은 처리량을 처리할 수 있으며, 지연 시간이 짧고, 장애빈도가 적으며, 좋은 보안을 갖춘 네트워크이다.

처리량(Throughput)

• 링크를 통해 전달되는 단위 시간당 데이터양
• 단위는 bps (bits per second) 초당 전송 또는 수신되는 비트 수
• 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 시간
• 어떤 메시지가 두 장치 사이의 왕복하는데 걸린 시간
• 매체 타입(무선, 유선), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다.

🚀 네트워크 토폴로지와 병목 현상

네트워크 토폴로지

네트워크를 설계할 때 고려하는 네트워크 토폴로지를 알아보겠습니다.
네트워크 토폴로지(Network topology)는 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 의미

트리 토폴로지

• 트리 토폴로지는 계층형 토폴로지라고 하며, 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말합니다.
• 노드의 추가, 삭제가 쉬우며 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있습니다.

버스 토폴로지

• 버스 토폴리지는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말하며 근거리 통신망(LAN)에서 사용합니다.
• 설치 비용이 적고 신뢰성 우수
• 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다.
• 스푸핑이 가능한 문제점이 있다.

스타 토폴로지

• 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 지칭
• 노드를 추가하거나 에러 탐지 쉽고, 패킷 충돌 가능성 적다.
• 어떤 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러 발견 가능
• 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향 끼치는 것이 적다.
• 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고, 설치비용이 비싸다.

링형 토폴로지

• 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성방식
• 데이터는 노드에서 노드로 이동하게 되며, 각각의 노드는 고리모양의 길을 통해 패킷 처리
• 노드 증가되어도, 네트워크상 손실이 거의 없고, 충돌 발생 가능성 적고, 노드 고장 쉽게 발견 가능

메시 토폴로지

• 망형 토폴로지라고도 하며, 그물망처럼 연결되어 있는 구조
• 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하므로, 네트워크를 계속 사용할 수 있고
• 트래픽도 분산처리가 가능하다.
• 노드의 추가가 어렵고, 구축 비용과 운영 비용이 고가인 단점

병목 현상

네트워크 구조라고도 일컫는 토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문

• 병목 현상은 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성요소로 인해 제한받는 현상
• 예를 들어 병의 몸통보다 병의 목 부분 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유
• 서비스에서 이벤트를 열었을 때, 트래픽이 많이 생기고
  그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹 사이트로 들어가지 못한다.

🚀 네트워크 분류

규모를 기반으로 분류할 수 있다.

• LAN
  • 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모
  • 근거리 통신망, 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영
  • 전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않다.
• MAN
  • 서울 시 등 시 정도의 규모
  • 대도시 지역 네트워크를 나타내며, 도시 같은 넓은 지역에서 운영
  • 전송 속도는 평균이며 LAN 보다 더 혼잡
• WAN
  • 세계 규모의 네트워크
  • 광역 네트워크, 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역
  • 전송 속도 낮으며, MAN 보다 더 혼잡

🚀 네트워크 성능 분석 명령어

네트워크 병목현상 주된 원인

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

네트워크 관련 테스트, 네트워크 무관련 테스트를 통해 네트워크 문제라면 성능 분석을 해야한다.

사용하는 명령어

• ping (packet INternet Groper)
  • 네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령
  • 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지의 시간 알 수 있다.
  • 해당 노드까지 잘 연결되어 있는지 확인 가능
  • TCP/IP 프로토콜중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작
  • ping www.google.com
• netstat
  • 접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용
  • 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등 리스트를 보여줌
  • 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할때 사용
• nslookup
  • DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령
  • 특정 도메인에 매핑된 IP를 확인하기위해 사용된다.
• tracert
  • 윈도우에서 tracert , 리눅스에서 traceroute
  • 목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용되는 명령어
  • 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답이 느려지는지 확인 가능

네트워크 분석 프로그램

• wireshark
• netmon

🚀 네트워크 프로토콜 표준화

네트워크 프로토콜이란 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스

프로토콜은 기업이나 개인이 발표해서 정하는것이 아니라 IEEE 또는 IETF 라는 표준화 단체가 정한다.