- 웹 페이지가 열리기까지의 네트워크 통신 과정

• 웹 브라우저에 www.yahoo.co.kr을 입력하면 화면에 웹 페이지가 나타나기까지 여러 단계의 네트워크 통신이 이루어집니다.
• 이 과정에서 중요한 개념은 ARP(Address Resolution Protocol), DNS(Domain Name System), TCP(Transmission Control Protocol), HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 입니다.

- 각각의 역할을 쉽게 설명하면 다음과 같습니다.

• ARP: 같은 네트워크에서 통신할 장비의 MAC(Media Access Control) 주소를 찾습니다.
• DNS: 도메인 이름을 IP(Internet Protocol) 주소로 변환합니다.
• TCP: 데이터를 주고받기 전에 연결을 설정합니다.
• HTTP: 웹 페이지를 요청하고 응답을 받습니다.

참고: 아래 설명은 PC의 DNS 캐시에 해당 도메인의 기록이 없고, 외부 웹 서버와 TCP 연결을 새로 설정하는 일반적인 IPv4 환경을 기준으로 합니다. 실제 환경에서는 캐시, 프록시, 보안 연결 등의 조건에 따라 과정이 달라질 수 있습니다.

1. 전체 동작 과정

• 전체적인 흐름은 다음과 같습니다.

• 여기서 꼭 기억해야 할 점이 있습니다. PC가 외부 서버와 통신할 때는 목적지 서버의 MAC 주소가 아니라, 일반적으로 게이트웨이의 MAC 주소를 사용해 첫 번째 이더넷 프레임을 전송합니다. IP 패킷의 목적지 IP 주소는 외부 서버의 주소로 유지됩니다.

2. ARP — 게이트웨이의 MAC 주소 찾기

2-1. PC가 ARP Request를 전송합니다

• PC가 외부 네트워크와 통신하려면 먼저 자신의 기본 게이트웨이(Default Gateway)로 데이터를 전달해야 합니다.
• 예를 들어 PC의 네트워크 정보가 다음과 같다고 가정하겠습니다.

• PC는 게이트웨이의 IP 주소는 알고 있지만, MAC 주소는 모르는 상태입니다. 따라서 ARP Request를 전송하여 게이트웨이의 MAC 주소를 확인합니다.

• 브로드캐스트(Broadcast) 는 같은 브로드캐스트 도메인에 있는 장비들에게 패킷을 전달하는 방식입니다. 따라서 PC와 게이트웨이 사이에 있는 스위치는 해당 프레임을 다른 포트로 전달합니다.
• 단, Target MAC이 항상 0으로 표시되는 것은 아닙니다. 일반적인 ARP Request에서 아직 알아내지 못한 대상 MAC 주소를 0으로 채우는 것입니다.

질문 1. DNS 쿼리가 ARP보다 먼저 전송되는 것 아닌가요?

• 일반적인 상황에서는 게이트웨이의 MAC 주소를 먼저 확인해야 합니다.
• PC가 DNS 서버 203.255.112.34와 통신하려면 해당 서버로 향하는 IP 패킷을 이더넷 프레임에 담아 전송해야 합니다. DNS 서버가 다른 네트워크에 있다면 PC는 프레임의 목적지 MAC 주소로 기본 게이트웨이의 MAC 주소를 사용합니다.
• 따라서 게이트웨이 MAC 주소가 ARP 캐시에 없다면, DNS 쿼리를 실제 네트워크로 전송하기 전에 ARP 절차가 필요합니다.
• 다만 ARP와 DNS 중 무엇이 무조건 먼저 실행되는 것은 아닙니다. PC에 게이트웨이 MAC 주소가 이미 캐시되어 있다면 ARP를 다시 실행하지 않고 DNS 쿼리를 바로 보낼 수 있습니다.

질문 2. 웹 페이지를 열 때마다 ARP Request를 보내나요?

• 아닙니다. PC의 ARP 캐시(ARP Cache)에 게이트웨이의 IP 주소와 MAC 주소가 저장되어 있다면 해당 정보를 재사용합니다.
• Windows 명령 프롬프트에서 다음 명령어로 확인할 수 있습니다.

arp -a

• ARP 캐시는 영구적으로 유지되는 것이 아니라 운영체제의 정책에 따라 일정 시간이 지나거나 조건이 바뀌면 항목이 만료될 수 있습니다.

2-2. 게이트웨이가 ARP Response를 전송합니다

• 게이트웨이는 ARP Request의 Target IP가 자신의 IP 주소와 일치하는 것을 확인하고, 자신의 MAC 주소를 담은 ARP Response를 PC에 전송합니다.

• MAC 주소는 이해를 돕기 위한 예시입니다.

질문 1. 왜 응답은 유니캐스트인가요?

• ARP Request에는 요청한 PC의 MAC 주소가 포함되어 있습니다. 게이트웨이는 이 주소를 이용해 해당 PC로 응답할 수 있으므로, 일반적인 ARP 응답은 유니캐스트로 전송됩니다.
• 또한 PC와 게이트웨이 사이에 있는 스위치의 MAC 주소 테이블(MAC Address Table)은 ARP 자체가 아니라, 스위치가 프레임을 수신할 때 프레임의 출발지 MAC 주소를 학습하여 만들어집니다.
• 1~2단계 정리: PC는 게이트웨이의 MAC 주소를 확인하여 외부 네트워크로 데이터를 전달할 준비를 합니다.

3. DNS — 도메인 이름으로 IP 주소 찾기

3-1. PC가 DNS Query를 전송합니다

• ARP를 통해 게이트웨이의 MAC 주소를 확인했다면, 이제 PC는 DNS 서버에 도메인의 IP 주소를 물어볼 수 있습니다.
• 사람은 www.yahoo.co.kr처럼 도메인 이름을 사용하지만, 네트워크 통신에서는 목적지 IP 주소를 알아야 합니다.

• 여기서 알아둘 점은 DNS 서버가 외부 네트워크에 있다면 DNS 쿼리도 게이트웨이를 거쳐 전달된다는 것입니다. PC에서 DNS 서버까지 가는 길은 게이트웨이가 연결해 주고, DNS 서버는 도메인에 대응하는 IP 주소를 알려줍니다.

3-2. DNS 서버가 DNS Response를 전송합니다

• DNS 서버가 해당 도메인의 IP 주소를 확인하면 PC에 응답합니다.

• 위 IP 주소는 기존 설명에 사용된 예시이며, 실제 DNS 조회 결과는 시점과 DNS 서버, 네트워크 환경에 따라 달라질 수 있습니다.

질문 1. 웹 페이지에 접속할 때마다 DNS Query를 전송하나요?

• 아닙니다. PC나 운영체제에 DNS 캐시(DNS Cache)가 남아 있다면 저장된 정보를 재사용할 수 있습니다. DNS 서버나 중간의 DNS 캐시에 기록이 남아 있는 경우에도 매번 처음부터 조회할 필요가 없을 수 있습니다.
• Windows에서는 다음 명령어를 사용합니다.

• DNS 캐시를 삭제하면 이후 이름 조회에서 다시 DNS 쿼리가 발생할 수 있습니다. 다만 브라우저 자체의 DNS 캐시나 다른 캐시까지 모두 삭제되는 것은 아닙니다.
• 3~4단계 정리: PC는 DNS 서버에 도메인의 IP 주소를 물어보고, 응답받은 IP 주소를 이용해 웹 서버와 통신할 준비를 합니다.

4. TCP — 서버와 연결 설정하기

4-1. TCP 3-Way Handshake

• PC가 웹 서버의 IP 주소를 알게 되었다고 해서 바로 데이터를 주고받는 것은 아닙니다. TCP(Transmission Control Protocol)를 사용하는 경우, 먼저 통신 연결을 설정합니다.
• 이 과정을 TCP 3-Way Handshake(3단계 연결 설정) 라고 합니다.

세 단계가 완료되면 TCP 연결이 설정되고, 양쪽은 해당 연결을 통해 데이터를 주고받을 수 있습니다.

• SYN (Synchronize): 연결을 시작하고 통신에 필요한 초기 순서 번호를 맞추기 위한 플래그입니다.
• ACK (Acknowledgment): 상대방이 보낸 데이터를 확인했다는 의미의 플래그입니다.

쉽게 비유하면 전화 통화와 같습니다.

1. PC: “전화 연결할게요.”
2. 서버: “네, 연결할 수 있어요.”
3. PC: “확인했습니다. 이제 이야기하죠.”

이 과정은 데이터를 주고받기 위한 준비 단계이며, 웹 페이지 자체를 전송하는 과정은 아닙니다.

5. HTTP — 웹 페이지 요청 및 응답

5-1. PC가 HTTP Request를 전송합니다

• TCP 연결이 설정되면 PC는 웹 서버에 웹 페이지를 요청합니다.
• HTTP(Hypertext Transfer Protocol)는 웹 브라우저와 웹 서버가 요청과 응답을 주고받는 데 사용하는 프로토콜입니다.

예를 들어 PC가 다음과 같은 요청을 보낼 수 있습니다.

GET / HTTP/1.1
Host: www.yahoo.co.kr

• GET: 서버에 특정 리소스를 요청하는 HTTP 메서드입니다.
• /: 웹 사이트의 기본 경로를 의미합니다.
• Host: 요청하려는 웹 사이트의 도메인을 지정합니다.

실제 요청에는 브라우저와 서버의 상황에 따라 다양한 헤더가 추가될 수 있습니다.

5-2. 웹 서버가 HTTP Response를 전송합니다

• 서버는 요청을 처리한 뒤 응답을 돌려줍니다. 응답에는 상태 코드와 HTML(Hypertext Markup Language), 이미지, 스타일시트 등의 콘텐츠가 포함될 수 있습니다.

예를 들면 다음과 같습니다.

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html

• 200 OK: 요청이 정상적으로 처리되었다는 의미입니다.
• Content-Type: 응답 데이터의 종류를 나타냅니다.

브라우저는 받은 HTML을 해석하고, 필요한 이미지와 기타 리소스를 추가로 요청하여 웹 페이지를 화면에 표시합니다.

8~9단계 정리: PC가 웹 서버에 페이지를 요청하면, 웹 서버는 해당 요청에 대한 응답 데이터를 전송합니다. 브라우저는 응답 데이터를 처리하여 웹 페이지를 표시합니다.

6. 핵심 내용 요약

• 가장 중요한 것은 ARP는 MAC 주소, DNS는 IP 주소, TCP는 연결 설정, HTTP는 웹 콘텐츠 요청과 응답을 담당한다는 점입니다.
• 이 네 가지 역할을 구분할 수 있으면 웹 페이지가 열리는 과정을 이해하기 훨씬 쉬워집니다.

1. Bandwidth (대역폭)

1-1. Bandwidth란?

• *Bandwidth(대역폭)**는 네트워크가 일정 시간 동안 전송할 수 있는 데이터의 최대 용량을 의미합니다.
• 일반적으로 초당 비트 수인 bps(bit per second) 단위로 표현합니다.
• 네트워크에서는 주로 회선이나 인터페이스가 제공하는 전송 용량을 설명할 때 사용합니다.

쉽게 말하면, 네트워크가 데이터를 얼마나 많이 전송할 수 있는지를 나타내는 기준입니다.

1-2. 예시

인터넷 회선의 대역폭이 100 Mbps라면, 이론적으로 초당 최대 100 메가비트(bit)의 데이터를 전송할 수 있습니다.

• 100 Mbps = 초당 100 메가비트
• 1 Byte(바이트) = 8 bit(비트)
• 100 Mbps ÷ 8 = 12.5 MB/s

따라서 100 Mbps는 단순 계산으로 약 12.5 MB/s에 해당합니다.

단, 12.5 MB/s는 실제 파일 전송 속도가 아니라 비트와 바이트의 단위만 환산한 값입니다. Ethernet, Internet Protocol(IP), Transmission Control Protocol(TCP) 등의 헤더와 기타 오버헤드(Overhead)를 고려하면 실제 파일 전송 속도는 이보다 낮을 수 있습니다.

또한 대역폭이 100 Mbps라고 해서 항상 100 Mbps를 사용하거나 실제로 그 속도가 나온다는 의미는 아닙니다.

2. Throughput (처리량)

2-1. Throughput이란?

• *Throughput(처리량)**은 일정 시간 동안 네트워크를 통해 실제로 전송된 데이터의 양을 의미합니다.
• 일반적으로 bps(bit per second) 단위로 표현합니다.
• 네트워크 혼잡, 패킷 손실, 장비 성능, 프로토콜 오버헤드 등 여러 요인에 따라 달라집니다.

쉽게 말하면, 네트워크를 통해 실제로 얼마나 많은 데이터가 전송되고 있는지를 나타내는 값입니다.

2-2. 예시

대역폭이 100 Mbps인 회선에서 실제 처리량이 50 Mbps로 측정되었다면, 해당 측정 기준에서 초당 50 메가비트의 데이터가 전송되고 있다는 의미입니다.

• 대역폭: 100 Mbps
• 실제 처리량: 50 Mbps
• 대역폭 대비 처리량: 50%

이 경우 회선의 최대 용량은 100 Mbps이지만, 측정 시점에는 실제 처리량이 50 Mbps인 것입니다.

다만 처리량이 50 Mbps라고 해서 반드시 네트워크에 문제가 있다는 뜻은 아닙니다. 사용 중인 애플리케이션이 적은 데이터를 전송하고 있거나, 상대방 서버의 성능이 제한되어 있어도 처리량이 낮게 나타날 수 있습니다.

3. Bandwidth와 Throughput의 차이점

• 일반적으로 동일한 구간과 기준으로 측정한다면 처리량은 해당 구간의 대역폭을 초과할 수 없습니다.
• 다만 서로 다른 네트워크 구간을 측정하거나, 측정 대상과 단위가 다르면 두 수치를 단순하게 비교하기 어렵습니다.
• 예를 들어, PC와 스위치 사이의 링크는 1 Gbps이지만 인터넷 회선은 100 Mbps라면, 인터넷을 통한 데이터 전송은 다른 조건이 동일할 때 일반적으로 100 Mbps 회선의 영향을 받습니다.

4. 대역폭이 100 Mbps인데 처리량이 50 Mbps인 이유

- 대역폭이 충분하더라도 실제 처리량은 여러 가지 이유로 낮아질 수 있습니다.

4-1. 네트워크 혼잡 (Network Congestion)

• 여러 사용자가 동일한 네트워크 자원을 동시에 사용하면 사용 가능한 용량이 나뉠 수 있습니다.
• 예를 들어, 100 Mbps 회선을 여러 사용자가 공유하면서 동시에 대용량 파일을 다운로드하면 각 사용자가 사용할 수 있는 속도가 줄어들 수 있습니다.
• 단, 사용자별 속도가 항상 동일하게 나뉘는 것은 아닙니다.

4-2. 패킷 손실 (Packet Loss)

• 네트워크를 통해 전송된 패킷(Packet)이 중간에 사라지는 현상입니다.
• TCP(Transmission Control Protocol)를 사용하는 통신에서는 손실된 데이터의 재전송이 발생할 수 있습니다. 또한 손실이 심하면 전송 속도를 낮추기도 합니다.
• 그 결과 실제 데이터 전송 효율이 떨어질 수 있습니다.

4-3. 네트워크 장비 성능

• 라우터(Router), 스위치(Switch), 방화벽(Firewall) 등의 장비가 트래픽을 충분히 처리하지 못하면 처리량이 낮아질 수 있습니다.
• 예를 들어, 방화벽에서 암호화 처리나 보안 검사를 수행할 때 장비의 처리 성능이 부족하면 전체 통신 속도가 제한될 수 있습니다.

4-4. 프로토콜 오버헤드 (Protocol Overhead)

• 네트워크에서는 실제 사용자 데이터뿐만 아니라 통신에 필요한 헤더와 제어 정보도 전송합니다.
• 예를 들어, 웹에서 파일을 다운로드할 때 Ethernet, IP, TCP 등의 헤더 정보가 함께 전달됩니다.
• 따라서 회선에서 전송하는 전체 데이터 중 일부는 통신을 유지하기 위한 정보이며, 실제 파일 데이터의 전송 속도는 전체 전송 속도보다 낮을 수 있습니다.

4-5. 상대방 장비 또는 서버의 성능

• 내 네트워크의 대역폭이 충분하더라도 상대방 서버의 처리 성능, 디스크 읽기 속도, 서버의 네트워크 용량 등이 부족하면 실제 다운로드 속도가 낮아질 수 있습니다.
• 즉, 내 네트워크에 충분한 대역폭이 있다고 해서 상대방으로부터 항상 최대 속도로 데이터를 받을 수 있는 것은 아닙니다.

5. Goodput (유효 처리량)

5-1. Goodput이란?

• *Goodput(유효 처리량)**은 실제로 필요한 사용자 데이터가 목적지에 전달되는 속도를 의미합니다.
• 일반적인 처리량과 달리 통신에 필요한 헤더, 재전송 데이터 등은 유효 데이터에서 제외합니다.
• 주로 파일 다운로드나 애플리케이션 데이터 전송 성능을 이해할 때 유용합니다.

쉽게 말하면, 전체 전송량 중 실제로 쓸 수 있는 데이터가 얼마나 빠르게 전달되는지를 나타내는 값입니다.

5-2. Throughput과 Goodput의 차이

예를 들어, 네트워크에서 1초 동안 총 80 Mbit의 데이터를 전송했지만, 그중 70 Mbit만 실제 파일 데이터였다고 가정하겠습니다.

• Throughput : 80 Mbps
• Goodput : 70 Mbps

나머지 데이터는 헤더나 재전송 등으로 사용되었을 수 있습니다.

실제 측정에서는 어떤 데이터를 포함하는지에 따라 Throughput과 Goodput의 값이 달라질 수 있습니다.

참고로 처리량과 유효 처리량의 측정 기준은 도구마다 다를 수 있으므로, 수치를 비교할 때는 측정 기준을 함께 확인하는 것이 좋습니다.

6. 쉽게 이해하기: 도로에 비유하기

- Bandwidth와 Throughput의 차이는 도로와 차량의 관계로 이해하면 쉽습니다.

6-1. Bandwidth = 도로의 수용 능력

• 도로가 넓거나 차선이 많으면 같은 시간 동안 더 많은 차량이 지나갈 수 있습니다.
• 네트워크도 마찬가지입니다. 대역폭이 클수록 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 능력이 커집니다.

6-2. Throughput = 실제로 지나가는 차량의 양

• 도로가 넓더라도 차량이 적으면 실제로 지나가는 차량은 적습니다.
• 반대로 차량이 많더라도 교통 체증이 발생하면 차량이 원활하게 이동하지 못할 수 있습니다.
• 네트워크에서도 대역폭이 충분하더라도 트래픽 양, 패킷 손실, 장비 성능 등에 따라 실제 처리량이 달라집니다.

6-3. Goodput = 목적지에 실제로 도착한 유효 차량

• 차량이 도로를 지나가는 것뿐만 아니라 목적지에 필요한 물품을 제대로 전달하는 것도 중요합니다.
• 네트워크에서는 실제로 필요한 사용자 데이터가 목적지에 전달되는 속도를 Goodput에 비유할 수 있습니다.
• 다만 이 도로 비유는 개념을 이해하기 위한 예시이며, 네트워크의 모든 특성을 그대로 설명하는 것은 아닙니다.

7. 네트워크 환경에서 확인하는 예시

예를 들어, PC가 1 Gbps 속도로 스위치에 연결되어 있고 인터넷 회선은 100 Mbps라고 가정하겠습니다.

• PC와 스위치 사이의 링크 속도: 1 Gbps
• 인터넷 회선의 대역폭: 100 Mbps
• 인터넷 파일 다운로드 처리량: 70 Mbps
• 실제 파일 데이터의 유효 처리량: 68 Mbps

이 경우 PC와 스위치 사이의 링크 속도가 1 Gbps라고 해서 인터넷에서 1 Gbps로 다운로드할 수 있는 것은 아닙니다.

인터넷 회선의 용량과 상대방 서버, 통신 경로 등 여러 요소가 함께 영향을 주기 때문입니다.

또한 링크 속도는 해당 구간의 연결 속도를 의미하며, 실제 처리량이나 인터넷 회선의 대역폭과는 구분해야 합니다.

8. 핵심 내용 요약

• Bandwidth (대역폭) : 네트워크가 데이터를 전송할 수 있는 최대 용량을 나타냅니다.
• Throughput (처리량) : 일정 시간 동안 실제로 전송된 데이터의 양을 나타냅니다.
• Goodput (유효 처리량) : 실제로 필요한 사용자 데이터가 전달되는 속도를 나타냅니다.
• 1 Byte = 8 bit : 비트와 바이트를 환산할 때 사용하는 기본 관계입니다.
• 100 Mbps = 이론적으로 약 12.5 MB/s: 실제 파일 다운로드 속도는 오버헤드와 네트워크 환경에 따라 더 낮을 수 있습니다.
• 대역폭이 충분해도 처리량은 낮을 수 있습니다 : 혼잡, 패킷 손실, 장비 성능, 서버 성능 등이 원인이 될 수 있습니다.

💡결론적으로, 대역폭은 네트워크가 제공하는 전송 능력이고, 처리량은 실제 전송 결과이며, 유효 처리량은 그중 실제로 필요한 데이터가 전달되는 속도입니다.

1. Bit(비트)와 Byte(바이트)의 개념

1-1. 비트(Bit)와 바이트(Byte)란?

• 비트(Bit, b): 컴퓨터에서 데이터를 표현하는 가장 작은 단위
• 바이트(Byte, B): 8개의 비트로 구성된 데이터 단위

쉽게 말하면 비트는 네트워크 전송 속도를 표현할 때 많이 사용하고, 바이트는 파일 크기나 저장 공간을 표현할 때 많이 사용한다.

💡 Bit(비트)

• 표기: 소문자 b
• 주로 사용하는 곳: 네트워크 속도, 대역폭
• 예시: 100 Mbps, 1 Gbps

💡  Byte(바이트)

• 표기: 대문자 B
• 주로 사용하는 곳: 파일 크기, 메모리, 저장 공간
• 예시: 100 MB, 1 GB

💡  비트와 바이트의 관계

• 1 Byte = 8 bits
• 따라서 비트 단위의 전송 속도를 바이트 단위로 환산하려면 8로 나누면 된다.
• 예를 들어, 네트워크 속도가 100 Mbps라면 다음과 같이 계산한다.
• 100 Mbps ÷ 8 = 12.5 MB/s
• 이는 100 Mbps의 전송 속도를 바이트 단위로 환산한 이론적인 값이다.
• 실제 파일 전송에서는 통신에 필요한 부가 데이터, 네트워크 상태, 서버 및 저장 장치 성능 등의 영향으로 속도가 낮아질 수 있다

1-2. 단위 표기법

여기서 ps는 per second의 약자로, 초당이라는 의미이다.

• Mbps = Megabits per second(초당 메가비트)
• MB/s = Megabytes per second(초당 메가바이트)

주의할 점은 Mb와 MB가 서로 다른 단위라는 것이다.

• Mb: 메가비트
• MB: 메가바이트

대소문자 하나만 달라도 의미가 달라지므로 정확하게 구분해야 한다.

- 네트워크 속도에서 사용하는 단위 기준

• 네트워크 속도에 사용하는 SI(Système international d’unités, 국제단위계) 접두어는 일반적으로 10진법을 기준으로 한다.

참고로 저장 공간에서는 1,024를 기준으로 하는 단위도 사용한다.

• 1 KiB = 1,024 Bytes
• 1 MiB = 1,024 KiB
• 1 GiB = 1,024 MiB

KiB, MiB, GiB는 1,024를 기준으로 하는 단위이고, KB, MB, GB는 일반적으로 1,000을 기준으로 하는 단위이다.

1-3. 네트워크 속도를 바이트로 환산하기

네트워크 장비의 포트 속도는 일반적으로 비트(Bit) 단위로 표시한다.

예를 들어, 1 Gbps 네트워크로 파일을 전송한다면 이론적으로 초당 125 MB를 전송할 수 있다.

하지만 실제 파일 전송 속도는 이보다 낮을 수 있다. 다음과 같은 이유 때문이다.

• Ethernet 프레임 및 상위 프로토콜의 헤더
• TCP(Transmission Control Protocol)와 같은 통신 프로토콜의 처리
• 서버와 저장 장치의 성능
• 네트워크 혼잡 및 기타 통신 환경

예를 들어, 1 Gbps 포트에 연결된 컴퓨터에서 파일을 전송하더라도 실제 속도가 항상 125 MB/s로 나오는 것은 아니다.

핵심은 네트워크 포트 속도는 비트 단위이고, 파일 전송 프로그램에 표시되는 속도는 바이트 단위인 경우가 많다는 점이다.

2. 네트워크 장비에서 사용하는 속도 단위

2-1. Cisco 스위치 출력 예시

5 seconds input rate 917994752 bits/sec, 77846 packets/sec
5 seconds output rate 3442656 bits/sec, 5659 packets/sec
Load-Interval #2: 5 seconds
input rate 917.99 Mbps, 77.85 Kpps; output rate 3.44 Mbps, 5.66 Kpps

이 출력은 인터페이스로 들어오고 나가는 트래픽의 평균 속도를 보여준다.

• 여기서 input rate가 약 918 Mbps라는 것은 해당 인터페이스가 초당 약 918 메가비트의 트래픽을 수신하고 있다는 의미이다.
• 5 seconds는 해당 출력에서 트래픽 평균을 계산하는 구간이 5초임을 나타낸다. 5초 동안 누적된 데이터의 총량을 직접 표시하는 것은 아니다.
• 다만 Cisco 장비의 출력 형식과 설정에 따라 표시되는 측정 구간이 다를 수 있다. 예를 들어 일부 인터페이스 출력에서는 5 minute input rate처럼 5분 평균을 표시한다. 따라서 실제 출력에 나타난 시간 구간을 기준으로 해석해야 한다.

- 수신과 송신을 구분하는 방법

• input: 해당 스위치 포트로 들어오는 데이터
• output: 해당 스위치 포트에서 나가는 데이터

예를 들어, 서버가 스위치에 연결되어 있다면 서버에서 스위치로 보내는 데이터는 스위치 입장에서 input이고, 스위치에서 서버로 보내는 데이터는 output이다.

2-2. 실제 트래픽 사용률 계산하기

포트가 1 Gbps라면 현재 사용률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

• 이 계산은 수신 속도가 1 Gbps 포트에서 측정되었다는 가정에 따른 결과이다. 송신 사용률은 output rate를 사용해 별도로 계산한다.
• 또한 실제 사용률을 해석할 때는 인터페이스의 협상 속도, 트래픽 측정 구간, 순간적인 트래픽 변화도 함께 확인하는 것이 좋다.

2-3. Kpps는 무엇인가?

Kpps는 Kilo packets per second의 약자로, 초당 처리되는 패킷의 개수를 1,000개 단위로 표현한 것이다.

• Mbps가 비트 기준의 전송 속도를 나타낸다면, Kpps는 초당 처리되는 패킷의 개수를 나타낸다.

예를 들어 다음 두 상황을 생각해 보자.

• 상황 A: 큰 패킷을 비교적 적은 개수로 전송한다.
• 상황 B: 작은 패킷을 매우 많은 개수로 전송한다.

두 상황의 Mbps가 비슷하더라도 상황 B에서는 장비가 더 많은 패킷을 처리해야 할 수 있다.

따라서 네트워크 장비의 성능을 확인할 때는 Mbps뿐만 아니라 PPS(Packet per Second, 초당 패킷 수)도 중요한 지표이다.

정리하면 Mbps는 비트 기준의 데이터 전송 속도를, PPS는 패킷 처리량을 이해하는 데 도움이 되는 지표이다.

3. Gbps를 bps로 변환하기

간단하게 기억하기

• Kbps → bps: 1,000을 곱하기
• Mbps → bps: 1,000,000을 곱하기
• Gbps → bps: 1,000,000,000을 곱하기

예를 들어, 10 Gbps는 초당 100억 비트를 전송할 수 있는 속도를 의미한다.

4. 스위치 포트의 양방향 처리량

4-1. 풀 듀플렉스(Full Duplex)란?

풀 듀플렉스(Full Duplex)는 데이터를 양방향으로 동시에 송수신할 수 있는 통신 방식이다.

예를 들어, 1 Gbps Ethernet 포트에 연결된 서버가 있다고 가정한다.

• 서버 → 스위치: 최대 1 Gbps
• 스위치 → 서버: 최대 1 Gbps

두 방향으로 동시에 최대 속도로 통신할 수 있으므로 양방향의 속도를 합산하면 최대 2 Gbps가 된다.

따라서 다음과 같이 구분해야 한다.

• 중요한 점은 포트 자체가 2 Gbps로 동작하는 것은 아니라는 것이다. 각 방향의 최대 속도는 여전히 1 Gbps이다.
• 또한 양방향 합산 속도는 두 방향의 트래픽을 더한 값이다. 실제 단일 방향의 전송 속도나 파일 다운로드 속도가 2 Gbps가 된다는 의미는 아니다.

4-2. SFP 포트도 같은 방식일까?

SFP(Small Form-factor Pluggable)는 스위치 등에 광 모듈이나 지원되는 케이블을 연결하기 위한 소형 인터페이스 규격이다.

1 Gbps SFP 포트가 풀 듀플렉스로 동작한다면 일반적인 1 Gbps Ethernet 포트와 마찬가지로 양방향 합산 최대 속도를 2 Gbps로 계산할 수 있다.

다만 실제 속도는 다음 조건에 따라 달라진다.

• 스위치 포트가 지원하는 속도
• 장착한 SFP 모듈의 속도
• 연결된 상대 장비의 속도
• 실제 링크 협상 및 설정 상태

SFP라는 이름 자체가 속도를 결정하는 것은 아니다. 일반적으로 1 Gbps SFP와 10 Gbps SFP+는 지원하는 속도가 다르다.

4-3. 포트의 양방향 속도와 스위칭 용량은 다르다

두 개념은 비슷해 보이지만 의미가 다르다.

① 포트의 양방향 합산 속도

하나의 포트에서 송신과 수신을 동시에 수행할 때 양쪽 속도를 합산한 값이다.

예: 1 Gbps 풀 듀플렉스 포트 1개 → 양방향 합산 최대 2 Gbps

② 스위칭 용량(Switching Capacity)

스위치 내부에서 여러 포트의 트래픽을 얼마나 처리할 수 있는지를 나타내는 장비 성능 지표이다.

예: 1 Gbps 포트 24개가 모두 양방향으로 최대 속도로 통신한다고 가정하면 다음과 같이 계산한다.

• 24포트 × 1 Gbps × 2 = 48 Gbps

위의 48 Gbps는 24개 포트의 양방향 트래픽을 합산한 값이다. 실제로 모든 포트가 동시에 최대 속도로 통신할 수 있는지는 스위치의 내부 구조와 제조사 사양을 확인해야 한다.

스위치 사양서에 표시된 스위칭 용량을 비교할 때는 제조사가 양방향 트래픽을 합산했는지, 어떤 기준으로 값을 계산했는지도 확인해야 한다.

5. 핵심 내용 요약

Netmiko  

- Netmiko 라이브러리는 SSH/TELNET 프로토콜을 사용하여 네트워크 장비를 CLI기반으로 접근하여 정보를 수집하거나 명령어를 전달 할 수 있게하는 라이브러리 입니다. 

사용을 하기전에 Python, Netmiko 라이브러리를 설치를 하셔야 합니다.

Switch#1에서 ssh 통신이 되도록 기본 설정을 해줍니다 (생략)

from netmiko import ConnectHandler # 모듈 import

# 네트워크 장비의 접속 프로파일 작성
# Dict 형태로 작성
cisco1 = {
    'device_type' : 'cisco_ios',
    'ip' : '192.168.10.1',
    'username' : 'admin',
    'password' : 'admin',
    'secret' : 'admin', # enable 모드로 진입하기 위함
    'port': '22',
    'verbose' : True,
    "session_log" : "output.txt" # 파일을 만들지 않아도 로그저장
}

net_connect = ConnectHandler(**cisco1) # cisco1 장비 ssh 접속, Dict 형태로 작성되었기 때문에 **를 붙여 준다.

net_connect.enable() # enable 모드 활성화

print(net_connect.find_prompt()) #호스트네임 확인

output2 = net_connect.send_config_set('ip route 10.10.10.0 255.255.255.0 192.168.0.1','\n')# Config ter에서 여러개의 커맨드
print(output2)

conf_set = ["ip dhcp pool user","network 192.168.10.0 255.255.255.0","default-router 192.168.10.254", "dns-server 8.8.8.8",'\n']
output2 = net_connect.send_config_set(conf_set) # Config ter에서 여러개의 커맨드
print(output2)

output = net_connect.send_command('show int status') # 한개의 커맨드
print(output)

output = net_connect.disconnect() # ssh 종료
print(output)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

실행을 하면 아래 처럼 결과가 뜹니다.

그리고 위에 파이썬 파일 저장한 곳에 "output.txt" 생성되면 로그가 저장이 됩니다

SSH connection established to 192.168.10.1:22
Interactive SSH session established
L3-1#
config term
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
L3-1(config)#ip route 10.10.10.0 255.255.255.0 192.168.0.1
L3-1(config)#end
L3-1#
config term
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
L3-1(config)#ip dhcp pool user
L3-1(dhcp-config)#network 192.168.10.0 255.255.255.0
L3-1(dhcp-config)#default-router 192.168.10.254
L3-1(dhcp-config)#dns-server 8.8.8.8
L3-1(dhcp-config)#
L3-1(dhcp-config)#end
L3-1#
Port      Name               Status       Vlan       Duplex  Speed Type 
Gi0/0                        connected    routed     a-full   auto RJ45
Gi0/1                        notconnect   routed     a-full   auto RJ45
Gi0/2                        notconnect   1          a-full   auto RJ45
Gi0/3                        notconnect   1          a-full   auto RJ45
Gi1/0                        notconnect   1          a-full   auto RJ45
Gi1/1                        notconnect   1          a-full   auto RJ45
Gi1/2                        notconnect   1          a-full   auto RJ45
Gi1/3                        notconnect   1          a-full   auto RJ45
None
[Finished in 11.0s]

OSPF area 0으로 설정

- OSPF 설정

[NX-OS#1]

N9K1(config)# feature ospf

N9K1(config)# router ospf 1

N9K1(config-router)# router-id 1.1.1.1

N9K1(config-router)# interface e1/1
N9K1(config-if)# no sw
N9K1(config-if)# ip add 192.168.10.1/30

N9K1(config-if)# ip router ospf 1 area 0

N9K1(config-if)# no sh

N9K1(config-if)# inter e1/2
N9K1(config-if)# no sw
N9K1(config-if)# ip add 192.168.10.5/30

N9K1(config-if)# ip router ospf 1 area 0

N9K1(config-if)# no sh

[NX-OS#2]

N9K2(config)# feature ospf

N9K2(config)# router ospf 1
N9K2(config-router)# router-id 2.2.2.2

N9K2(config-router)# interface  e1/1
N9K2(config-if)# no sw
N9K2(config-if)# ip add 192.168.10.2/30
N9K2(config-if)# ip router ospf 1 area 0
N9K2(config-if)# no sh

N9K2(config-if)# interface e1/3
N9K2(config-if)# no sw
N9K2(config-if)# ip add 192.168.10.9/30
N9K2(config-if)# ip router ospf 1 area 0
N9K2(config-if)# no sh

[IOS#3]

Switch(config)#interface g1/2
Switch(config-if)#no sw

Switch(config-if)#ip add 192.168.10.6 255.255.255.252
Switch(config-if)#no sh

Switch(config-if)#inter g1/3
Switch(config-if)#no sw

Switch(config-if)#ip add 192.168.10.10 255.255.255.252
Switch(config-if)#no sh

Switch(config)#router ospf 1

Switch(config-router)#router-id 3.3.3.3
Switch(config-router)#net 192.168.10.4 0.0.0.3 area 0
Switch(config-router)#net 192.168.10.8 0.0.0.3 area 0

- OSPF 확인

[NX-OS#1]

N9K1(config-if)# sh ip ospf neighbors
 OSPF Process ID 1 VRF default
 Total number of neighbors: 2
 Neighbor ID     Pri     State           Up Time     Address         Interface
 2.2.2.2                 1    FULL/BDR     00:08:38    192.168.10.2    Eth1/1
 3.3.3.3                 1    FULL/BDR     00:00:49    192.168.10.6    Eth1/2

[NX-OS#2]

N9K2(config-if)# show ip ospf neighbors
 OSPF Process ID 1 VRF default
 Total number of neighbors: 2
 Neighbor ID     Pri   State          Up Time    Address         Interface
 1.1.1.1                1   FULL/DR       00:09:27   192.168.10.1    Eth1/1
 3.3.3.3                1   FULL/BDR    00:02:11   192.168.10.10   Eth1/3

[IOS#3]

Switch#show ip ospf neighbor
Neighbor ID     Pri    State           Dead Time   Address         Interface
2.2.2.2                1   FULL/DR         00:00:38     192.168.10.9   GigabitEthernet1/3
1.1.1.1                1   FULL/DR         00:00:35     192.168.10.5   GigabitEthernet1/2

잘못된 부분이 있으면 댓글 남겨주시면 감사하겠습니다.