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네트워크 기초

네트워크(Network)란 두 개 이상의 노드(node)—즉, 컴퓨터, 서버, 라우터, 스마트폰 등과 같은 장치들이—링크(link)라는 물리적 또는 논리적 연결을 통해 상호 연결되어 있는 구조를 의미합니다. 이 네트워크를 통해 각 노드는 데이터를 주고받으며, 파일, 프린터, 인터넷 접속, 컴퓨팅 자원 등 다양한 리소스(Resource)를 서로 공유할 수 있게 됩니다. 네트워크는 연결 방식, 규모, 사용 목적에 따라 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), 인터넷(Internet) 등으로 나뉘며, 효율적인 통신과 자원 활용을 가능하게 하는 핵심 인프라로 작용합니다.

 
  [PC1]───┐
          │
      [Switch]──[Server]
          │
  [PC2]───┘
 

1. 네트워크 분류

1-1. LAN (Local Area Network, 근거리 통신망)

LAN은 비교적 좁은 지역에서 사용되는 네트워크로, 일반적으로 가정, 학교, 사무실 등 하나의 건물이나 가까운 거리 내에서 여러 컴퓨터나 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 데이터 전송 속도가 빠르고 설치 및 유지 관리가 비교적 간단하여 비용 부담이 적은 것이 특징입니다. 대부분 유선 이더넷이나 무선 Wi-Fi를 통해 연결되며, 구성된 네트워크 안에서 파일, 프린터, 인터넷 등의 자원을 효율적으로 공유할 수 있습니다. 예를 들어, 회사 내부에서 사용하는 직원용 컴퓨터와 공용 프린터 간 연결, 가정 내에서 공유기를 통해 여러 기기를 인터넷에 연결하는 구조가 대표적인 LAN 사례입니다.

1-2. MAN (Metropolitan Area Network, 도시권 통신망)

MAN은 LAN보다 더 넓은 범위를 커버하는 네트워크로, 보통 하나의 도시 규모나 대규모 캠퍼스 내 여러 건물들을 연결하는 데 사용됩니다. 여러 개의 LAN을 서로 연결하여 형성되며, 고속 통신을 위해 광케이블이나 전용 회선 등의 기술이 활용됩니다. 주로 지방자치단체, 대학교, 공공기관 등이 내부 시스템이나 서비스를 통합 관리하기 위해 구축하며, 도시 내 여러 지점을 가진 기업의 내부 통신망도 MAN에 해당할 수 있습니다. 예를 들어, 한 도시 안에 위치한 병원 본원과 분원 간의 환자 정보 시스템 공유나 대학교의 여러 건물을 연결하는 교육망이 MAN의 대표적인 사례입니다.

1-3. WAN (Wide Area Network, 광역 통신망)

WAN은 가장 넓은 범위를 커버하는 네트워크로, 국가 간 또는 대륙 간 장거리 연결을 위해 설계된 구조입니다. 인터넷은 전 세계적으로 가장 대표적인 WAN으로, 서로 멀리 떨어진 다양한 지역의 노드들이 하나의 네트워크로 연결됩니다. WAN은 ISP(인터넷 서비스 제공자)를 통해 연결되며, 다양한 기술(위성, 광케이블, MPLS 등)을 활용하여 안정적인 통신을 지원합니다. WAN은 보통 설치 및 유지 비용이 높고 관리가 복잡하지만, 기업이나 기관이 해외 지사와 본사를 연결하거나, 일반 개인이 글로벌 인터넷 서비스를 이용하는 데 필수적인 인프라입니다.

2. 처리량과 지연 시간 (Throughput & Latency)

네트워크 성능을 평가할 때 가장 핵심이 되는 두 가지 지표는 처리량(Throughput)과 지연 시간(Latency)입니다. 이 두 요소는 사용자 체감 속도, 응답성, 서비스 품질에 직접적인 영향을 미치며, 네트워크 설계 및 운영 시 반드시 고려되어야 합니다.

처리량 (Throughput)

처리량은 단위 시간당 네트워크를 통해 실제로 전송되고 처리된 데이터의 양을 의미합니다. 이는 네트워크의 트래픽(traffic), 대역폭(bandwidth), bps(bits per second) 등의 요소와 밀접하게 연관됩니다.

• 트래픽: 네트워크를 통해 흐르는 전체 데이터의 양을 말하며, 사용자 수가 증가하거나 영상·대용량 파일 전송 등 고부하 작업이 많아질수록 트래픽이 커집니다. 예시: “트래픽이 많아졌다”는 표현은 네트워크에 흐르는 데이터량이 많아졌다는 의미입니다.
• 대역폭(Bandwidth): 네트워크가 최대한 전송할 수 있는 이론적인 용량을 뜻합니다. 대역폭이 넓을수록 더 많은 데이터를 동시에 전송할 수 있는 잠재력이 생깁니다. 그러나 이는 항상 실제 처리량과 일치하지는 않습니다.
• 처리량(Throughput): 실제로 사용자가 경험하는 전송 속도로, 대역폭보다 작을 수 있으며 네트워크 혼잡, 패킷 손실, 재전송 등 다양한 요인의 영향을 받습니다. 예시: “처리량이 많아졌다”는 표현은 실제로 성공적으로 전송된 데이터의 양이 많아졌다는 의미입니다.
• bps (Bits Per Second): 처리량과 대역폭의 단위로, 초당 몇 비트가 전송되는지를 나타냅니다. 예: 100Mbps, 1Gbps 등.

지연 시간 (Latency)

지연 시간은 네트워크에서 데이터가 출발지에서 목적지까지 도달하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 빠른 응답이 필요한 실시간 서비스(예: 화상 회의, 온라인 게임)에서는 지연 시간이 매우 중요한 지표입니다. 지연 시간은 다음과 같은 여러 요소에 영향을 받습니다:

• 매체 타입: 무선(Wi-Fi, 5G 등)은 전파의 특성과 간섭, 신호 세기에 따라 유선보다 상대적으로 높은 지연이 발생할 수 있습니다. 반면 유선(Ethernet, 광케이블 등)은 신호가 물리적 케이블을 따라 전송되어 더 낮은 지연 시간을 가집니다.
• 패킷 크기: 전송되는 데이터 단위인 패킷의 크기가 클수록 처리 시간이 길어질 수 있으며, 작은 패킷은 더 빠르게 전송되지만 오버헤드가 증가할 수 있습니다.
• 라우터의 패킷 처리 시간: 데이터를 중간에서 전달하는 라우터나 스위치가 처리 능력이 부족하거나 과부하 상태일 경우, 패킷 처리에 지연이 생깁니다.

지연 시간은 일반적으로 밀리초(ms) 단위로 측정되며, 전송 지연, 처리 지연, 큐잉 지연, 전파 지연 등 다양한 구성 요소로 나뉘어 분석됩니다.

3. 네트워크 토폴로지 (Network Topology)

네트워크 토폴로지는 네트워크에 연결된 장치들이 어떻게 배치되고 연결되는지를 나타내는 구조입니다. 이는 네트워크의 성능, 확장성, 장애 대응력에 큰 영향을 미치며, 상황에 맞는 구조를 선택하는 것이 중요합니다.

3-1. 트리 토폴로지 (Tree Topology)

트리 토폴로지는 계층적인 구조로 구성되어, 하나의 중심 노드에서 하위 노드로 분기되는 형태를 가집니다. 이 구조는 네트워크를 논리적으로 구분하고 관리하기 쉬우며, 확장성이 뛰어나 대규모 조직이나 교육 기관 등에서 유리합니다. 그러나 중심 노드나 상위 계층 노드에 장애가 생길 경우, 그 하위 노드들까지 통신에 문제가 생길 수 있다는 단점이 있습니다. 대학교의 중앙 서버가 각 단과대 서버 및 개별 강의실 컴퓨터와 연결된 구조가 대표적인 예시입니다.

3-2. 버스 토폴로지 (Bus Topology)

버스 토폴로지는 모든 장치가 하나의 공용 전송선(버스)에 연결된 구조입니다. 설치가 간편하고 케이블 사용량이 적어 초기 구축 비용이 낮다는 장점이 있습니다. 하지만 버스에 문제가 발생하거나 트래픽이 많아질 경우 전체 네트워크의 성능이 급격히 떨어지며, 충돌이 발생할 수 있습니다. 또한 네트워크 상의 모든 데이터가 공유된 경로를 통해 전송되기 때문에, MAC 스푸핑(MAC Spoofing)과 같은 보안 위협에 노출될 수 있습니다. 구형 이더넷(10Base-2 등) 구조가 대표적인 사례입니다.

3-3. 스타 토폴로지 (Star Topology)

스타 토폴로지는 중앙 허브(또는 스위치)를 중심으로 모든 노드가 개별적으로 연결되는 구조입니다. 장애 발생 시 다른 노드에는 영향을 주지 않아 안정성이 높고, 관리와 확장이 수월하다는 장점이 있습니다. 그러나 중앙 장치에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 중단될 수 있어, 중심 장치의 신뢰성이 중요합니다. 대부분의 사무실이나 가정용 유선/무선 네트워크가 이 구조를 따릅니다.

3-4. 링형 토폴로지 (Ring Topology)

링형 토폴로지는 각 노드가 인접 노드와 연결되어 원형을 이루는 형태입니다. 데이터가 일정한 방향(또는 양방향)으로 순환하며 전달되기 때문에 충돌이 적고, 예측 가능한 성능을 제공합니다. 하지만 하나의 링크나 노드에 문제가 생기면 전체 네트워크에 영향을 줄 수 있으며, 진단 및 유지 관리가 복잡할 수 있습니다. IBM의 Token Ring 네트워크가 대표적인 예입니다.

3-5. 메시 토폴로지 (Mesh Topology)

메시 토폴로지는 각 노드가 네트워크 내의 다른 노드들과 직접 연결되는 형태로, 연결성이 매우 높은 구조입니다. 특정 노드나 경로에 장애가 발생해도 다른 경로를 통해 통신이 가능해, 매우 높은 신뢰성과 내결함성을 가집니다. 그러나 모든 노드를 연결해야 하므로 케이블링과 유지 관리가 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있습니다. 금융기관, 군사 통신망 등 고신뢰성이 요구되는 환경에서 사용됩니다.

3-6. 토폴로지 비교

네트워크의 구조인 토폴로지(Topology)가 중요한 이유는, 네트워크 성능 저하의 원인 중 하나인 병목 현상(Bottleneck)을 분석하고 해결하는 데 있어 핵심적인 기준이 되기 때문입니다. 토폴로지는 장치들이 물리적으로 어떻게 연결되어 있는지, 데이터가 어떤 경로로 흐르는지를 결정하기 때문에, 특정 구간에서 트래픽이 과도하게 집중되거나, 장애 발생 시 우회 경로가 없어서 전체 네트워크 성능이 급격히 떨어지는 구조적 문제가 발생할 수 있습니다.

예를 들어, 스타 토폴로지에서는 중앙 허브에 모든 트래픽이 집중되기 때문에 해당 허브가 병목 지점이 될 수 있고, 버스 토폴로지에서는 모든 노드가 하나의 전송선로를 공유하므로 한 구간의 충돌이나 과부하가 전체 네트워크에 영향을 줄 수 있습니다. 이처럼 토폴로지를 이해하면, 트래픽의 흐름을 예측하고, 장애나 과부하 발생 시 어느 지점이 병목인지 빠르게 식별할 수 있는 기반이 됩니다. 따라서 효율적인 네트워크 설계와 성능 최적화를 위해 토폴로지의 이해는 필수적입니다.