1. 네트워크의 기초

본 게시글은 책 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트 (출판사 : 길벗, 주홍철 지음) 을 참조하여 작성하였습니다. + 구글링

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◆  네트워크

- 네트워크는 컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용하여 구축하는 연결망

- 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있으며 리소스를 공유하는 집합을 의미

- 여기서의 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미하고 링크는 유선 or 무선을 의미

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◆  처리량과 지연 시간

- 네트워크를 구축할 때는 좋은 네트워크로 만드는 것이 중요

- 좋은 네트워크란 많은 처리량을 처리할 수 있으며 지연 시간이 짧고 장애 빈도가 적으며 좋은 보안을 갖춘 네트워크

- 처리량 (throughput)

    : 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 말하며 보통 얼만큼의 트래픽을 처리했는지를 표시

    : 많은 트래픽을 처리한다 == 많은 처리량을 가진다 와 동일

처리량 그래프

    : 단위로는 bps(bits per second) 사용 초당 전송 or 수신 되는 비트수

    : 처리량은 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽, 네트워크 장치 간의 대역폭,

      네트워크 중간에 발생하는 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 영향을 받음

    : 위의 그림에서 트래픽은 특정 시점에 링크 내에 흐르는  데이터의 양을 의미

      ex) 서버에 저장된 파일을 클라이언트가 다운로드할 때 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 시간을 의미, 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는데 걸린 시간

지연 시간 예시

    : 지연 시간은 매체 타입 (무선, 유선) , 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받음

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◆  네트워크 토폴로지와 병목 현상

- 네트워크 토폴로지 (network topology)

    : 네트워크를 설계할 때 고려하는 것

    : 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태

    : 트리(tree) 토폴로지

     · 계층형 토폴로지라고 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성

트리 토폴로지

     · 노드의 추가, 삭제가 쉬우며 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있음

    : 버스(bus) 토폴로지

     · 버스 토폴로지는 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성

버스 토폴로지

     · 근거리 통신망 (LAN)에서 사용

     · 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수

     · 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉬움

     · 하지만 스푸핑이 가능한 문제점 존재

    : 스푸핑

     · LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 

        속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것 

스푸핑

     · 위의 그림과 같이 스푸핑을 적용하면 오바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달

    : 스타(star) 토폴로지

     · 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성

스타 토폴로지

     · 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성이 적음

     · 어떠한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견

     · 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적음

     · 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가

    : 링(ring)형 토폴로지

     · 링 토폴로지는 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼

        하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식

링 토폴로지

     · 데이터는 노드에서 노드로 이동을 하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리

     · 노드 수가 증가 되어도 네트워크 상의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적으며 고장을 쉽게 탐색

     · 하지만 네트워크 구성 변경이 어려우며 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향

    : 메시(mesh) 토폴로지

     · 망형 토폴로지라고도 하며 그물망처럼 연결되어 있는 구조

메시 토폴로지

     · 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로 가 존재하여 네트워크 사용이 계속 가능

     · 트래픽도 분산처리가 가능하지만 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 비용이 고가

- 병목(bottleneck) 현상

    : 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상

    ex)  병의 몸통보다 병의 목 부분 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유

    ex) 애라그림처럼 서비스가 존재할 때, 병목 현상이 일어나서 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간 발생을 가정,

예시 1 - 지연 시간 발생

     =>   관리자가 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정하여도 성능이 개선 되지 않음

예시 2 - 회선 추가

     => 네트워크 토폴로지를 확인 후 서버와 서버 간 + 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가해 병목 현상을 해결

     => 네트워크가 어떤 토폴로지를 갖는지, 또한 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결 가능

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◆  네트워크 분류

- 네트워크는 규모를 기반으로 분류

- 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모 LAN (Local Area Network)

- 서울시 등 도시 규모인 MAN (Metropolitian ARea Network)

- 세계 규모의 WAN (Wide Area Network)

- LAN

    : 근거리 통신망을 의미

    : 같은 건물이나 캠퍼스 같은 좁은 공간에서 운영

    : 전송 속도가 빠르고 혼잡하지 않음

- MAN

    : 대도시 지역 네트워크로 나타내며 도시 같은 넓은 지역에서 운영

    : 전송 속도는 평균, LAN 보다는 많이 혼잡

- WAN

    : 광역 네트워크를 의미, 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영

    : 전송 속도는 낮으며, MAN 보다 더 혼잡

    : THIS IS FOR KEEPING FONT

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◆  네트워크 성능 분석 명령어

- 애플리케이션 코드에 문제가 없는데 사용자가 서비스로 부터 데이터를 가져오지 못하는 상황 발생

- 이는 네트워크 병목 현상일 가능성 존재이며 아래의 요인들이 주된 원인

    : 네트워크 대역폭

    : 네트워크 토폴로지

    : 서버 CPU, 메모리 사용량

    : 비효율적인 네트워크 구성

- 네트워크가 관련 여부 테스트를 통해 '네트워크로 부터 발생한 문제점' 인 것에 대한 확인 필요

- 확인 후 명령어들을 통해 네트워크 성능 분석 필요

- Ping (Packet Internet Groper)

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

     : 해당 노드의 패킷 수신 상태와 도달하기까지 시간 등을 확인

     : 해당 노드까지 네트웤그가 잘 연결되어있는지 확인

     : ping은 TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작

     : ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 없음

     : 네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상의 경우 ping 테스팅은 불가능

     : ping [IP 주소 OR 도메인 주소]

ping 명령어 예시

- netstat

    : 접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용

    : 네트워크 접속, 라우팅 테이블, 네트워크 프로토콜 등 리스트를 표시

    : 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 주로 사용

- nslookup

    : DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어

    : 도메인에 매핑된 IP를 확인하기 위해 사용

- tracert

    : 윈도우에서는 tracert, 리눅스에서는 traceroute 명령어로 구동

    : 목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어

    : 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 확인 가능

- ftp: 대형 파일을 전송하여 테스트

- tcpdump : 노드로 오고가는 패킷을 캡처

- 네트워크 분석 프로그램으로는 wireshark, netmon 등 사용

- 세계 규모의 WAN (Wide Area Network)

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◆  네트워크 프로토콜 표준화

- 네트워크 프로토콜이란 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스

- 프로토콜은 기업이나 개인이 발표해서 정하는 것이 아니라 IEEE 또는 IETF라는 표준화 단체가 이를 결정

- IEEE802.3은 유선 LAN 프로토콜로, 유선으로 LAN을 구축할 때 쓰이는 프로토콜

- 이를 통해 만든 기업이 다른 장치라도 서로 데이터를 수신

    ex) 웹을 접속할 때 쓰이는 HTTP

            => 서로 약속된 인터페이스인 HTTP라는 프로토콜을 통해 노드들은 웹 서비스를 기반으로 데이터를 송수신

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위의 글과 관련하여 추가적인 내용이나 피드백은 언제나 환영입니다 :)