[네트워크]네트워크의 기초(처리량, 지연 시간, 네트워크 토폴로지, 병목현상)

네트워크는 컴퓨터 등의 장치들이 통신 기술을 이용하여 구축하는 연결망을 지칭하는 용어입니다.

 

네트워크란?

• 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있으며 리소스를 공유하는 집합을 의미합니다. 
  • 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미하고 링크는 유선 또는 무선을 의미합니다.

 

처리량과 지연 시간 

• 좋은 네트워크란? - 많은 처리량을 처리할 수 있으며 지연 시간이 짧고 장애 빈도가 적으며 좋은 보안을 갖춘 네트워크를 말합니다. 
• 처리량은 링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 말하며 보통 얼만큼의 트래픽을 처리했는지를 나타냅니다. 
  • '많은 트래픽을 처리한다.' == '많은 처리량을 가진다'
  • 사용자들이 많이 접속할 때마다 커지는 트래픽, 네트워크 장치 간의 대역폭, 네트워크 중간에 발생하는 에러, 장치의 하드웨어 스펙에 많은 영향을 받습니다. 
  • 트래픽은 특정 시점에 링크 내에 '흐르는' 데이터의 양을 말합니다. 
  • 트래픽이 많아졌다. == 흐르는 데이터가 많아졌다. 
  • 처리량이 많아졌다. == 처리되는 트래픽이 많아졌다. 
• 지연 시간 이란 요청이 처리되는 시간을 말하며 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간을 말합니다.
  • 지연 시간은 매체 타입(무선, 유선), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받습니다. 

 

네트워크 토폴로지와 병목 현상

• 네트워크 토폴로지(네트워크 설계 시 고려하는 네트워크 토폴로지)란 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 말합니다. 
  • 트리 토폴로지란 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 토폴로지란 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 수성을 말하며 근거리 통신망(LAN)에서 사용합니다.
    • 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하며 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉽습니다.
    • But, 스푸핑 가능한 문제점이 있습니다. 
      • 스푸핑은 LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것을 말합니다. 스푸핑을 적용하면 올바르게 수신부로 가야할 패킷이 악의적인 노드에 전달되게 됩니다. 
  • 스타 토폴로지란 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말합니다.
    • 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 패킷의 충동 발생 가능성이 적습니다. 
    • 어떠한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있으며 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향이 끼치는 것이 적습니다. 
    • But, 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가입니다.
  • 링형 토폴로지란 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식입니다. 
    • 데이터는 노드에서 노드로 이동을 하게 되며, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리합니다.
    • 노드 수가 증가되어도 네트워크상의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적고 노드의 고장을 쉽게 발생할 수 있습니다.
    • But, 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼치는 단점이 있습니다. 
  • 메시 토폴로지란 망형 토폴로지라고도 하며 그물망처럼 연결되어 있는 구조입니다. 
    • 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크를 계속 사용할 수 있고 트래픽도 분산 처리가 가능합니다. 
    • But, 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 운용 비용이 고가인 단점이 있습니다.
• 병목(Bottleneck) 현상이란 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상을 말합니다. 
  • 네트워크의 구조라고도 일컫는 토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문입니다.
  • 예를 들어 서비스를 만들었는데 병목 현상이 일어나서 사용자가 서비스를 이용할 때 지연 시간이 길게 발생하고 관리자가 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정했음에도 성능이 개선되지 않았을 경우 
    •  관리자가 네트워크 토폴로지가 어떻게 되어 있는지 확인, 서버와 서버 간 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선을 추가해서 병목 현상 해결할 수 있습니다. 네트워크가 어떠 토폴로지를 갖는지, 또한 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결 할 수 있습니다.