[스터디] CS 전공지식 노트-네트워크 기초

Lina Hongbi Ko·2025년 2월 27일

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2025년 2월 27일

프로그래머스 프론트엔드 팀원들과 cs 스터디를 같이 시작하기로 했다.
'면접을 위한 CS 전공지식 노트' 책을 읽고 서로 예상 문제를 질문해보고, 답변해보면서 몰랐던 지식들을 공유하기로 했다.

🙋 책을 읽고, 간단히 여기에 정리하려고 한다. + 읽으면서 궁금했던 정보들도 추가

2. 네트워크

🖥 SECTION 1. 네트워크의 기초

📍 네트워크

컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용해 구축하는 연결망
노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 리소스를 공유하는 집합
- 노드 : 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치
- 링크 : 유선 또는 무선

📍 처리량 (throughput)

링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양
얼만큼의 트래픽을 처리했는지 나타냄
- 많은 트래픽을 처리한다 = 많은 처리량을 가진다
단위: bps(bits per second), 초당 전송/수신되는 비트 수
사용자들이 많이 접속할때마다 커지는 트래픽, 네트워크 간의 대역폭, 에러, 하드웨어 스펙에 영향을 받음
트래픽: 특정 시점에 링크 내에 '흐르는 데이터'의 양
e.g) 서버에 저장된 파일(문서, 이미지, 동영상 등)을 클라이언트가 다운로드 할때 발생되는 데이터의 누적량
- 트래픽이 많아졌다 = 흐르는 데이터가 많아졌다.
- 처리량이 많아졌다 = 처리되는 트래픽이 많아졌다.

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

📍 지연 시간 (latency)

요청이 처리되는 시간
어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는데 걸린 시간
매체 타입(무선, 유선), 패킷 크기, 라우터의 패키 처리시간에 영향 받음

📍 네트워크 토폴로지 (network topology)

네트워크 요소들(링크, 노드 등)을 물리적으로 연결해 놓은것, 또는 그 연결 방식
노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식, 연결 형태
- 트리 토폴로지(tree topology) : 계층형 토폴로지, 트리 형태로 배치한 네트워크 구성
  - 노드의 추가, 삭제가 쉽고 특정 노드에 트래픽 집중되면 하위 노드에 영향 끼침
- 버스 토폴로지(bus topology) : 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성. 근거리 통신망(LAN)에서 사용.
  - 설치 비용 적고 신뢰성 우수, 노드 추가, 삭제 쉬움.
  - 스푸핑이 가능한 문제점 있음
    *스푸핑: LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비 시키거나 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것을 말함
- 스타 토폴로지(star topology) : 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성
  - 노드추가와 에러탐지가 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성 적음. 어떤 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러 발견할 수 있으며 중앙 노드가 아닌 다른 노드에 영향을 끼치는게 적지만, 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크 사용할 수 없고 설치 비용이 고가임
- 링형 토폴로지(ring topology) : 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결해 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신
  - 노드에서 노드로 데이터 이동하고 각 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리
  - 노드 수가 증가 되어도 네트워크상 손실이 거의 없고, 충돌 발생 가능성도 적음. 그러나 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 끼침
메시 토폴로지(mesh topology) : 망형 토폴로지, 그물망처럼 염결되어 있는 구조
- 한 곳에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재해 네트워크를 계속 사용할 수 있고 트래픽 분산 처리 가능. 하지만 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 운용 비용이 고가임

📍 병목 현상 (bottleneck)

네트워크 토폴리지가 병목 현상의 기준이 됨
서비스를 만들고 병목 현상이 발생해 사용자들이 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생해서 관리자가 대역폭을 크게 설정해도 성능이 개선되지 않았음 -> 관리자는 다시 네트워크 토폴리지를 확인해 서버와 서버, 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가해 병목현상을 완화시킴
전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상
- 병의 몸통보다 병의 목 부분이 좁아서 물이 천천히 나오는 것에 비유. 서비스에서 이벤트를 열었을때 트래픽이 많이 생기고 그 트래픽을 관리하지 못하면 병목현상이 발생해 사용자가 웹사이트로 들어가지 못함

📍 네트워크 분류 - LAN (Local Area Network)

근거리 통신망
같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영됨
전송 속도 빠르고 혼잡하지 않음

📍 네트워크 분류 - MAN (Metropolitan Area Network)

대도시 지역 네트워크
도시와 같은 넓은 지역에서 운영
전송 속도 평균, LAN보다는 더 많이 혼잡

📍 네트워크 분류 - WAN (Wide Area Network)

광역 네트워크
국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영
전송 속도 낮음, MAN보다 더 혼잡

📍 네트워크 성능 분석 명령어 - ping(Packet INternet Groper)

네트워크 병목 현상의 주된 원인
- 네트워크 대역폭
- 네트워크 토폴로지
- 서버 CPU, 메모리 사용량
- 비효율적인 네트워크 구성
네트워크와 관련된 테스트 (성능 분석)을 위한 명령어 중 하나
네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어
- 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달 시간 등을 알 수 있으며 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지 확인
- TCP/IP 프로토콜 중 ICMP 프로토콜을 통해 동작 (ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로 실행 할 수 없음 & 네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상의 경우 테스팅 불가능)
```
 ping www.google.com -n 12
 // -n 12 옵션을 넣어서 12번의 패킷을 보내고 12번의 패킷을 받는 모습 볼 수 있음
```

📍 네트워크 성능 분석 명령어 - netstat

접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시
네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등 리스트 보여줌
지금 접속하고 있는 사이트 등에 관한 네트워크 상태 리스트를 볼 수 있음
주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 씀
```
netstat
```

📍 네트워크 성능 분석 명령어 - nslookup

DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 씀
특정 도메인에 매핑된 IP를 확인할때 사용
```
nslookup
 google.com
```

📍 네트워크 성능 분석 명령어 - tracert / traceroute

윈도우: tracert / 리눅스: traceroute
목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할때 사용하는 명령어
목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 등을 확인
```
traceroute www.google.com
```

📍 네트워크 프로토콜 표준화

네트워크 프로토콜 : 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스
IEEE 또는 IETF라는 표준화 단체가 이를 정함
- IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜 (이를 통해 만든 기업이 다른 장치라도 서로 데이터를 수신할 수 있음)
HTTP라는 웹서비스를 기반으로 한 프로토콜도 해당

🔍 책을 보면서 궁금해 찾아본 용어와 지식

✨ 패킷

pack + bucket
네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록 (네트워크에서 데이터를 주고 받을 때 정해 놓은 규칙)
우체국에서 화물을 적당한 덩어리로 나눠 행선지를 표시하는 꼬리표를 붙이듯, 데이터 통신도 이러한 방식을 패킷으로 적용해 전달함
정보를 보낼 때 특정 형태로 맞추어 보낸다는 것. 컴퓨터 간에 데이터를 주고 받을 때 네트워크를 통해서 전송되는 데이터 조각이라고 생각하면 됨

❓❓ 왜 데이터를 한번에 보내지 않고요?

대역폭을 너무 많이 차지해서 패킷의 흐름을 원활하게 하지 못함 -> 트래픽이 많아짐
- 3차선인 도로를 각각 차 한대씩 운행해서 가야하는데 엄청 큰차가 차선을 2개 차지하고 있을 경우, 각 차선마다의 정체가 생김. 이런것을 방지하기 위해 패킷을 사용한다고 함!!
패킷 교환 방식
패킷의 구조
헤더와 페이로드의 두 부분으로 구성됨
- 헤더: 원본 및 대상 IP주소와 같은 패킷에 대한 정보
- 페이로드: 실제 데이터