2-1. 네트워크의 기초 [01]- 처리량과 지연 시간, 네트워크 토폴로지와 병목 현상

0. 네트워크란?

네트워크란 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있으며 리소스를 공유하는 집합이다. 여기서 노드란 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미하고, 링크는 유선 또는 무선을 의미한다. 네트워크를 구축할 때는 많은 처리량을 처리할 수 있으며, 지연 시간이 짧고, 장애 빈도가 적으며, 좋은 보안을 갖춘 '좋은 네트워크'를 만드는 것이 중요하다.

 

 

1. 처리량과 지연시간

1) 처리량

링크(link) 내에서 단위 시간당 전송될 수 있는 데이터의 양이다. 네트워크가 얼마나 많은 트래픽을 처리할 수 있는지 나타내는 지표로, 네트워크의 용량 또는 효율을 측정한다. 처리량은 네트워크 장치 간의 대역폭, 네트워크 에러, 프로토콜 오버헤드 등에 영향을 받는다. 단위는 초당 수신되는 비트 수를 나타내는 bps를 사용한다.

* 트래픽 : 특정 시점에 링크 내에 흐르는 데이터의 양

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

 

 

2) 지연 시간

데이터 패킷이 네트워크 상에서 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 데 걸리는 시간(왕복 시간, RTT)으로, 데이터 전송의 속도나 반응성을 측정한다. 지연 시간은 매체 타입(무선, 유선), 데이터 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다. 단위는 일반적으로 ms를 사용한다.

 

 

 

2. 네트워크 토폴로지와 병목 현상

1) 네트워크 토폴로지 (Network Topology)

네트워크를 구성하는 노드와 링크가 물리적, 논리적으로 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 말한다. 토폴로지는 네트워크의 효율성, 비용, 안정성, 확장성에 직접적인 영향을 미친다.

 

- 트리 토폴로지 (계층형 토폴로지) : 노드 추가, 삭제가 쉬우며 에러 발생 시 격리하기 쉽다. 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼치며, 중앙 노드에 의존성이 높다.

 

- 버스 토폴로지 : 근거리 통신망(LAN)에서 사용하며, 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하다. 중앙 통신 회선에 노드를 추가, 삭제하기 쉽지만 트래픽 증가에 취약하고, 스푸핑이 가능한 단점이 있다.

* 스푸핑 : LAN 상에서 스위칭 기능을 마비 시키거나 속여서 악의적인 노드로 패킷을 전달하는 것.

* 스위칭 : 송신 패킷을 다른 호스트에 가지 않도록 하는 것.

 

- 스타 토폴로지 (성형 토폴로지) : 노드 추가 및 에러 탐지가 쉽고, 패킷 충돌 발생 가능성이 낮다. 하지만 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가인 단점이 있다.

 

- 링형 토폴로지 : 노드 추가 시 네트워크상 손실이 적고 충돌 발생 가능성이 낮으며, 에러 발견이 쉽다. 하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고, 회선에 장애 발생 시 전체 네트워크에 영향을 끼치는 단점이 있다.

 

- 메시 토폴로지 (망형 토폴로지) : 노드에 에러 발생 시 여러 경로가 존재하므로 안정성과 보안성이 높고 네트워크를 계속 사용할 수 있으며, 트래픽 분산 처리가 가능하다. 하지만 노드 추가가 어렵고 설치 및 운용 비용이 고가인 단점이 있다.

 

 

2) 병목 현상

전체 시스템이나 네트워크의 성능을 저하 시키는 구성 요소로 인해 제한 받는 현상을 말한다. 전체 처리량이 병목 지점의 최대 처리량을 넘을 수 없을 때 발생한다. 토폴로지는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 된다.

 

- 대역폭 부족 : 네트워크 회선 자체가 감당할 수 있는 최대 용량이 부족할 때 발생.

- CPU나 메모리 부족 : 서버, 라우터 같은 네트워크 장비의 CPU나 메모리 리소스가 요청을 처리하는 속도보다 느릴 때 발생.

- 디스크 I/O 지연 : 서버에서 데이터를 읽거나 쓰는 디스크 입출력 속도가 느려서 전체 데이터 처리 속도가 지연될 때 발생.

- 네트워크 혼잡 : 특정 시간대에 사용자나 트래픽이 몰려 데이터 충돌이 잦아지거나 패킷 손실이 증가할 때 발생.