'네트워크'란, 컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용해 구축하는 연결망을 지칭하는 용어이다.
네트워크 기초
'네트워크'란, '노드(node)'와 '링크(link)'가 서로 연결어 있고, 리소스를 공유하는 집합을 의미한다.
위에 말한 '노드'란, 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미하고, '링크'는 유선 또는 무선을 의미한다.
처리량과 지연 시간
네트워크는 '좋은' 네트워크를 만드는 것이 중요하다.
'좋은 네트워크'란, 많은 처리량을 처리할 수 있고, 지연 시간이 짧고, 장애 빈도가 적으면서 좋은 보안을 갖춘 네트워크를 말한다.
처리량
'처리량(throwghput)'은 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 말하고, 보통 얼만큼의 트래픽을 처리했는지를 나타낸다. 즉, '많은 트래픽을 처리한다 = 많은 처리량을 가진다' 라는 말이다.
단위로는 bps(bits per second)를 쓴다. 초당 전송 또는 수신되는 비트 수라는 뜻이다.
처리량은 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽, 네트워크 장치 간의 대역폭, 네트워크 중간에 발생하는 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 영향을 받는다.
'트래픽'은 특정 시점에 링크 내에 '흐르는 데이터'의 양을 말한다.
만약 서버에 저장된 문서, 이미지, 동영상과 같은 파일을 클라이언트가 다운로드할 때 발생되는 데이터의 누적량을 생각하면 이해하기 쉽다.
- 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
'지연 시간(latency)'은 요청이 처리되는 시간을 말하며, 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왈복하는 데 걸린 시간을 말한다.
지연 시간은 매체 타입(무선, 유션), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다.
네트워크 토폴로지와 병목 현상
네트워크 토폴로지
네트워크 토폴로지는 네트워크를 설계할 때 고려한다.
네트워크 토폴로지(network topology)는 '노드'와 '링크'가 어떻게 배치되어 있는가에 대한 '방식'이자 '연결 형태'를 의미한다.
트리 토폴로지
트리(tree) 토폴로지는 '계층형 토폴로지'라고도 하고, 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말한다.
노드의 추가, 삭제가 쉽고, 특정 노드에 트래픽이 집중될 때, 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다.
버스 토폴로지
'버스(bus) 토폴로지'는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말하고, 근거리 통신망(LAN)에서 사용된다.
설치 비용이 적고 신뢰성이 좋고, 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽다. 하지만 '스푸핑'의 가능성이 있는 단점이 있다.
- 스푸핑
'스푸핑'은 LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것
위 그림처럼, 스푸핑을 적용하면 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달된다.
스타 토폴로지
스타(star, 성형) 토폴로지는 '중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성'을 말한다.
노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고, 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다.또한, 어떤 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있고, 장애 노드가 중앙 노드가 아니라면 다른 노드에 영향을 끼칠 가능성이 적다. 하지만 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가인 단점이 있다.
링형 토폴로지
'링형(ring) 토폴로지'는 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 '망 구성' 방식이다.
데이터는 노드에서 노드로 이동을 한다. 또한, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리한다.
노드 수가 증가해도 네트워크상의 손실이 거의 없고, 충돌이 발생될 가능성이 적고 노드의 고장을 쉽게 찾을 수 있다. 하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고, 회선에 장애가 발생하면 전체 니트워크에 영향을 크게 끼치는 단점이 있다.
메시 토폴로지
'메시(mash) 토폴로지'는 '망형 토폴로지'라고도 한다. '그물망'처럼 연결되어 있는 구조이다.
한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하여 네트워크를 계속 사용할 수 잇고, 트래픽 분산 처리도 가능한다. 하지만 노드의 추가가 어렵고, 구축 비용과 운용 비용이 고가인것이 단점이다.
병목 현상
네트워크의 구조를 뜻하는 '토폴로지'가 중요한 이유는, '병목 현상'을 찾을 때 중요한 '기준'이 되기 때문이다.
네트워크가 어떤 토폴로지를 갖는지, 어떤 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결할 수 있다.
- 병목 현상
: '병목(bottleneck) 현상'은 전체 시스템의 성능이나 용량이 '하나의 구성 요소'로 인해 제한을 받는 현상을 말한다. 서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고, 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹 사이트로 들어가지 못 할 수 있다.
**네트워크 분류**네트워크를 '규모'를 기반으로 분류할 수 있다. 규모로 분류하게 되면,
사무실이나 개인적으로 소유 가능한 규모인 LAN(Local Area Network),
서울 시 등의 시 정도의 규모인 MAN(Metropolitan Area Network),
세계 규모인 WAN(Wide Area Network), 으로 나뉜다.
LAN(Local Area Network)
LAN은 '근거리 통신망'을 의미하며, 같은 건물 등의 좁은 공간에서 운영된다.
전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않다.
MAN(Metropolitan Area Network)
MAN은 '대도시 지역 네트워크'를 의미하며, 도시 같은 넓은 지역에서 운영된다.
전송 속도는 평균적이고 LAN보다는 더 혼잡하다.
WAN(Wide Area Network)
WAN은 '광역 네트워크'를 의미하며, 국가, 대륙 같은 훨씬 넓은 지역에서 운영된다.
전송 속도는 낮고, MAN보다 더 혼잡하다.
네트워크 성능 분석 명령어
코드상에는 전혀 문제가 없는데, 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못하는 상황이 생기기도 한다. 이런 상황에서는 네트워크 병목 현상일 가능성이 높다.
병목 현상의 주된 원인은 아래와 같다.
- 네트워크 대역폭
- 네트워크 토폴로지
- 서버 CPU, 메모리 사용량
- 비효율적인 네트워크 구성
그리고 이럴 때는, '네트워크 관련 테스트'와 '네트워크와 무관한 테스트'를 통해 '네트워크로부터 발생한 문제점'인 것을 확인하고 네트워크 성능 분석을 해봐야 한다. 이 때 사용하는 명령어들은 아래와 같다.
ping
ping(Packet INternet Groper)은 '네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어'이다. 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지 시간 등을 알 수 있고, 해당 노드까지 네트워크가 잘 연결되어 있는지 확인도 할 수 있다.
ping은 TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작하며, 이 때문에 ICMP프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 없거나 네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상의 경우 ping 테스팅이 불가하다.
ping[IP 주소 or 도메인 주소]로 실행할 수 있다.
ex) ping www.instagram.com -n 9
위의 예에서 뒤에 '-n 9' 옵션은 9번의 패킷을 보내고 9번의 패킷을 받는 모습이다.
netstat
netstat 명령어는 접속되어 잇는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용되고, 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등의 리스트를 보여준다.
주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 쓰인다.
nslookup
nslookup은 DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓴다.
특정 도메인에 매핑된 IP를 확인할 때 쓴다.
tracert
윈도우에서는 tracert, 리눅스에서는 traceroute 라는 명령어로 쓰인다.
목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용한다. 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 등도 확인할 수 있다.
ex) tracert www.instagram.com
이외에도 ftp를 통해 대형 파일을 전송하여 테스팅하거나, tcpdump를 통해 노드로 오고가는 패킷을 캡처하는 등의 명령어가 있고, 네트워크 분석 프로그램으로는 wireshark, netmon도 있다.
네트워크 프로토콜 표준화
'네트워크 프로토콜'이란, 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 '공통된 인터페이스'를 말한다. 이러한 프로토콜은 기업이나 개인이 아닌, IEEE or IETF라는 '표준화 단체'가 정한다.
IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜이다. 이를 통해 만든 기업이 다른 장치라도 서로 데이터를 수신할 수 있게 되는 것이다.
예를 들면, 다들 잘 아는 HTTP가 있다. 이는 '서로 약속된 인터페이스'인 HTTP라는 프로토콜을 통해 노드들은 웹 서비스를 기반으로 데이터를 주고받을 수 있게 되는 것이다.
