[네트워크] 네트워크 토폴로지와 병목 현상

네트워크

• 네트워크란?
  • 노드(node)와 링크(link)가 서로 연결되어 있거나 연결되어 있지 않은 집합체

여기서의 노드

서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장치를 의미

여기서의 링크

유선 또는 무선 의미

노드와 링크

 

네트워크 토폴로지(network topology)

• 네트워크 토폴로지란?
  • 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 의미
  • 네트워크 구조라고도 불림
• 토폴로지가 중요한 이유
  • 병목 현상(아래 참고)을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문
• 종류
  • 트리 토폴로지
  • 버스 토폴로지
  • 스타 토폴로지
  • 링형 토폴로지
  • 메시 토폴로지

 

트리 토폴로지(tree topology)

• 트리 토폴로지란?
  • 계층형 토폴로지
  • 트리 형태로 배치한 네트워크 구성
• 장점
  
  • 노드의 추가, 삭제가 쉬움
• 단점
  • 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있음

 

버스 토폴로지(bus topology)

• 버스 토폴로지란?
  • 중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성
  • 근거리 통신망(LAN)에서 사용
• 장점
  • 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수하며 중앙 통신 회선에 노드를 추가하거나 삭제하기 쉬움
• 단점
  • 스푸핑이 가능함

 

스푸핑이란?

LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것

아래 그림처럼 스푸핑 적용 시 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달됨

 

스타 토폴로지(star topology)

• 스타(성형) 토폴로지란?
  • 중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성
• 장점
  • 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성이 적음
  • 어떠한 노드에 장애가 발생해도 쉽게 에러를 발견할 수 있으며 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적음
• 단점
  • 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크를 사용할 수 없고 설치 비용이 고가임

 

링형 토폴로지(ring topology)

• 링형 토폴로지란?
  • 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 전체적으로 고리처럼 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식
  • 데이터는 노드에서 노드로 이동
  • 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리
• 장점
  • 노드 수가 증가되어도 네트워크상의 손실이 거의 없고 충돌이 발생되는 가능성이 적고 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있음
• 단점
  • 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼치는 단점이 있음
   

 

메시 토폴로지(mesh topology)

• 메시(망형) 토폴로지란?
  • 그물망처럼 연결되어 있는 구조
• 장점
  • 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크를 계속 사용할 수 있고 트래픽도 분산 처리가 가능함
• 단점
  • 노드의 추가가 어렵고 구축 비용과 운용 비용이 고가임

 

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병목 현상

• 병목(bottleneck) 현상이란?
  • 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상
• 예시
  • 병의 몸통보다 병의 목 부분 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유할 수 있음
  • 서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹 사이트로 들어가지 못함

 

토폴로지와 병목 현상의 관계

• 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 됨
• 네트워크가 어떤 토폴로지를 갖는지, 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목 현상을 올바르게 해결할 수 있음

 

예시

아래 그림처럼 서비스를 만들었다고 가정

• 문제
• 병목 현상이 일어나서 사용자가 서비스 이용 시 지연 시간이 길게 발생
• 관리자가 지연 시간을 짧게 만들기 위해 대역폭을 크게 설정했음에도 성능 개선 안됨

 

회선 추가 전

• 해결
  • 네트워크 토폴로지 확인 후 서버와 서버 간, 그리고 게이트웨이로 이어지는 회선 추가 후 병목 현상 해결

회선 추가 후

 

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출처

https://thebook.io/080326/0056/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: SECTION 2.1 네트워크의 기초

https://thebook.io/080326/0057/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.1 처리량과 지연 시간

https://thebook.io/080326/0058/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.1 처리량과 지연 시간 - 1

https://thebook.io/080326/0059/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상

https://thebook.io/080326/0060/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상 - 1

https://thebook.io/080326/0061/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상 - 2

https://thebook.io/080326/0062/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상 - 3

https://thebook.io/080326/0063/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상 - 4

https://thebook.io/080326/0064/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상 - 5

https://thebook.io/080326/0065/

면접을 위한 CS 전공지식 노트: 2.1.2 네트워크 토폴로지와 병목 현상 - 6