요구에서 토폴로지·주소·라우팅·QoS·이중화까지

지연·대역폭·처리량·혼잡에서 측정 단위를, 선형·계층·그래프·해시 구조의 선택에서 큐의 선입선출 규칙을 확인한다. 용량·확장·고가용성·재해복구 설계의 장애영역을 이 절의 잔존 용량에 적용한다.

0. 장비 목록보다 먼저 실패한 날의 흐름을 그린다

네트워크 설계라고 하면 스위치 수량과 회선 속도부터 떠올리기 쉽다. 그러나 장비가 모두 켜져 있어도 중요한 업무 흐름이 막히거나, 평소에는 빠르지만 링크 하나가 끊긴 순간 남은 경로가 버티지 못하면 설계는 실패다. 먼저 알아야 할 것은 누가 누구와 얼마나 통신하며, 정상·첨두·장애 때 어느 수준의 서비스를 유지해야 하는가다.

설계자는 이 요구를 한 장의 그림과 여러 검증 가능한 결정으로 바꾼다. 논리·물리 토폴로지, 주소와 경로, 용량과 서비스 품질, 보안 경계, 이중화와 관측 지점이 그 결과다. 제품 이름은 이 결정을 구현하는 수단일 뿐이다.

이 절에서는 네트워크 요구를 토폴로지·주소·라우팅·QoS·이중화·수용시험으로 연결한다. 공식 범위의 판본·적용기간과 교재 항목의 관계는 공식 세부 항목과 선수이론·현행확장에서 따로 확인한다. 읽을 때는 명령어를 외우기보다 요구가 어느 설계 결정으로 변했고, 그 결정이 어떤 실패를 막는가만 계속 물으면 된다.

1. 네트워크 설계: 요구를 검증 가능한 전달 구조로 바꾼다

네트워크 설계는 업무 흐름과 품질·보안·가용성 제약을 근거로 토폴로지, 분할, 주소, 경로, 용량, QoS, 이중화, 관측과 검증 방법을 결정하는 과정이다. 산출물은 장비 배치도 하나가 아니라 요구-결정-검증의 연결이다.

설계 범위는 세 층으로 나누면 쉽다. 논리 설계는 어떤 영역과 경로가 필요한지 정하고, 물리 설계는 장치·회선·위치와 실제 장애영역을 정하며, 운영 설계는 감시·변경·장애조치·복구와 수용시험을 정한다. 세 층은 서로 제약한다. 논리상 두 경로라도 같은 관로와 전원에 놓이면 물리적으로는 한 경로다.

좋은 설계는 왜 이 결정을 했는가, 어떤 대안을 버렸는가, 어떤 수치와 시험으로 충분함을 보일 것인가를 남긴다. 이 세 질문에 답할 수 없으면 그림이 복잡해도 검증 가능한 설계가 아니다.

전체에서 어디인가: 요구 하나가 여덟 가지 결정으로 변한다

업무·사용자·위치·규제에서 정상/첨두/장애 수요와 지연·손실·가용성·보안 요구를 고정한다. 요구는 논리 영역·VLAN·VRF·보안구역·허용관계, prefix·subnet·집약·확장여유·IPAM, 정적/내부/외부 동적 경로·정책·수렴·대칭성, 장애수요·용량여유·분류·큐·shaping/policing, 장치·링크·전원·관로·실패영역, 시험·관측·되돌림·운영절차로 이어진다. 단방향 목록으로 완료하지 않고 제약이 맞지 않는 결정을 되돌린다. 주소 확장의 실제 중복 예, 단일장애 용량, 아래 논리·물리 설계에서 이 연결을 구체적으로 검증한다.

화살표는 일방통행이 아니다. 주소 집약이 안 되면 논리 영역을 다시 나눠야 하고, 장애 시 용량이 부족하면 토폴로지와 회선 수를 다시 정해야 한다. 설계는 한 번 그린 뒤 끝나는 문서 작업이 아니라 제약 사이를 반복해 일관되게 만드는 과정이다.

먼저 알아둘 것

요구는 이해관계자의 필요와 제약을 검증 가능한 문장으로 만든 것이고, 측정값은 단위·구간·관찰점·시간창을 함께 적어야 비교할 수 있다. 주소는 전달 접점을, 경로는 목적지까지 거칠 링크와 장치를 나타내며 라우터는 목적지 prefix에 맞는 다음 전달을 선택한다. 지연·대역폭·처리량의 기초는 지연·대역폭·처리량·혼잡 절에서, 주소·경로와 IPv6 전달은 프로토콜·계층·주소·이름·경로와 참조모델·캡슐화·Ethernet·IPv6 전달 경계에서 배웠다.

2. 요구와 트래픽 모델: 빠르게를 수치와 흐름으로 바꾼다

네트워크 설계 요구는 업무 흐름마다 출발·목적지, 방향, 데이터량과 동시성, 시간 특성, 허용 지연·손실·중단, 보안과 장애 조건을 적은 검증 계약이다. 트래픽 프로파일은 한 흐름의 평균·첨두·버스트·주기·방향을 나타내고, 트래픽 행렬은 여러 출발지와 목적지 사이의 수요를 표로 모은 것이다.

서비스 수준 목표(Service Level Objective, SLO)는 측정 구간과 기간 안에서 달성할 품질 목표다. p95는 측정값을 작은 순서로 놓았을 때의 95번째 백분위를 가리킨다. 유한 표본에서는 동률·보간·반올림 방식에 따라 값 이하인 표본 비율이 정확히 95%와 같지 않을 수 있으므로 계산 방식을 함께 정한다. 지연 100ms 이하만 쓰면 출발·끝 지점, 단방향인지 왕복인지, 몇 번째 백분위인지가 빠져 검증할 수 없다. 서울 사용자 단말에서 부산 API 입구까지 업무시간 왕복지연 p95 100ms 이하처럼 측정 계약을 붙인다.

장애 수요는 정상 수요에 장애를 더한 별도 시나리오다. 한 링크가 끊겼을 때 살아남은 링크가 평소 절반만 담당하던 부하가 아니라 전체 우선 트래픽을 감당해야 할 수 있다. 따라서 용량 표에는 정상·첨두·유지보수·단일장애 같은 행을 따로 둔다.

업무 문장을 여섯 칸으로 번역한다

트래픽은 과거 측정과 미래 변화 가정을 분리한다. 현재 p95가 300Mb/s라는 사실과 사용자 30% 증가 예상은 다른 근거다. 측정값·성장률·동시성·헤더와 제어정보 같은 프로토콜 부가량(overhead)을 한 숫자로 섞지 말고 계산표의 열로 남겨 나중에 바꿀 수 있게 한다.

평균·첨두·장애 수요는 서로 대체하지 않는다

설계 답안에서는 최소한 정상/첨두/장애 세 행을 쓴다. 이 표 하나만 있어도 단순한 장비 나열에서 요구 기반 설계로 답안 수준이 올라간다.

3. 토폴로지와 분할: 연결 모양과 통신 경계를 함께 정한다

네트워크 토폴로지는 노드와 링크의 연결관계를 나타내며, 물리 토폴로지는 실제 장치·회선·위치를, 논리 토폴로지는 계층·영역·가상 연결과 전달관계를 나타낸다. 네트워크 분할은 장애·브로드캐스트·라우팅·보안 정책의 영향범위를 의도한 경계로 나누는 설계다.

브로드캐스트 도메인은 링크 계층 브로드캐스트 프레임이 라우터를 지나지 않고 전달될 수 있는 장치 집합이다. 도메인이 지나치게 크면 한 번의 브로드캐스트와 링크 계층 장애가 더 넓게 퍼질 수 있으므로 업무·장애·운영 경계에 맞게 나눈다.

가상 근거리망(Virtual LAN, VLAN)은 하나의 물리 교환망에서 링크 계층 브로드캐스트 영역을 논리적으로 나눈다. 가상 라우팅·전달(Virtual Routing and Forwarding, VRF)은 하나의 장치 안에 독립된 라우팅 표를 두어 네트워크 계층 전달영역을 분리한다. 보안구역은 신뢰 수준과 허용정책을 기준으로 통신을 통제하는 경계다. 세 기술은 목적과 계층이 달라 서로를 자동으로 대신하지 않는다.

외부 공개구역(Demilitarized Zone, DMZ)은 외부 공개서비스를 내부망과 분리해 배치하고 구역 사이 필요한 흐름만 정책 집행점을 통해 허용하는 보안구역이다. DMZ라는 이름 자체가 안전을 보장하는 것이 아니라 허용 흐름·우회경로·관측과 운영 책임이 실제 경계를 만든다.

논리 분할 수가 많을수록 무조건 안전한 것도 아니다. 경계 사이의 허용관계, 운영 책임, 주소·라우팅 규모와 장애 전파를 함께 관리하지 못하면 복잡성만 늘어난다.

네 겹의 지도를 포개야 숨은 단일장애점이 보인다

넓은 화면과 모바일에서 같은 관계를 각각의 배치로 읽을 수 있습니다.

경로 A와 B가 같은 관로·전원·랙을 지나는 상황을 하나의 공유 경계로 나타낸다. 화살표는 서로 다른 접점을 쓰며 두 경로를 독립적으로 추적할 수 있지만, 한 공통원인으로 함께 끊길 수 있다. 논리 흐름 사용자→공개서비스→업무서비스→데이터와 낮은신뢰/DMZ/내부/제한구역은 아래 정책 도식으로, 실제 독립 회선은 아래 물리 도식으로 따로 읽는다. 경로 수와 독립성을 같은 값으로 세지 않는다.

두 개의 선을 그렸다고 경로가 독립인 것은 아니다. 같은 건물 인입구, 광케이블 관로, 전원, 상위 사업자, 섀시 또는 제어시스템을 공유하면 하나의 사건이 둘 다 끊을 수 있다. 설계서에는 논리 경로뿐 아니라 공유 운명(shared fate)을 적고 제거하지 못한 공통원인은 잔여위험으로 남긴다.

보안 경계도 물리 경계와 일치한다고 가정하지 않는다. 같은 스위치에 있어도 VRF와 정책으로 분리될 수 있다. underlay는 실제 장치·링크가 제공하는 기본 도달망이고, overlay는 그 위에 캡슐화한 논리 연결을 만드는 가상망이다. 서로 다른 장소도 overlay에서 같은 논리 영역이 될 수 있으므로 패킷이 통과할 정책 집행점과 우회경로를 모두 그린다.

토폴로지는 선의 개수보다 영향범위로 비교한다

정답 토폴로지는 없다. 흐름 방향, 지연 단계, 확장 단위, 실패영역, 운영역량을 기준으로 선택하고 왜 다른 구조를 쓰지 않았는가를 한 줄 남긴다.

4. 주소와 subnet: 전달영역과 확장 여유를 숫자로 예약한다

IP 주소계획은 각 전달영역에 겹치지 않는 prefix를 배정하고, 집약·성장·운영·전환까지 추적 가능하게 만드는 설계다. IPv4는 32비트 주소와 가변 길이 prefix로 네트워크와 인터페이스를 식별하고 패킷을 전달하는 인터넷 프로토콜 버전이다. prefix는 주소 앞부분 중 네트워크를 식별하는 비트 수를 /길이로 나타낸다. subnetting은 큰 prefix를 더 긴 prefix의 작은 전달영역으로 나누는 일이고, prefix aggregation은 여러 연속 prefix를 짧은 공통 prefix로 묶어 경로 표현을 줄이는 일이다.

CIDR(Classless Inter-Domain Routing)은 고정 class 대신 임의 길이 prefix로 주소와 경로를 표현한다. 가변 길이 subnet mask(Variable Length Subnet Masking, VLSM)는 같은 상위 범위를 서로 다른 길이의 subnet으로 나누어 수요에 맞춰 배정하는 방법이다. IPv4에서는 subnet별 네트워크·브로드캐스트 주소와 실제 할당 정책을 확인한다. IPv6는 브로드캐스트가 없고 일반적인 링크 subnet은 /64를 기본으로 계획하되, 실제 조직 정책과 특수 링크의 표준 조건을 함께 확인한다. 듀얼스택(dual stack)은 같은 노드와 네트워크가 IPv4와 IPv6를 함께 구성해 목적지에 맞는 프로토콜로 통신하는 전환 방식이다.

IP 주소관리(IP Address Management, IPAM)는 prefix의 소유·용도·할당·회수·예약을 장부화하고 실제 주소 사용과 대조하는 운영체계다. 동적 호스트 설정 프로토콜(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)은 주소와 네트워크 설정값을 단말에 자동 할당하고, 도메인 이름 시스템(Domain Name System, DNS)은 이름을 주소 등 자원정보와 연결한다. IPAM은 두 체계의 실제 배정·이름 정보와 주소 장부가 어긋나지 않는지 대조한다. 계산이 맞아도 장부와 실제 설정이 어긋나면 중복 주소와 잘못된 경로 광고가 생긴다.

계산 예: /24 하나를 필요한 크기부터 나눈다

10.20.0.0/24 안에 사용자 50대, 서버 20대, 관리장비 10대를 수용한다고 하자. IPv4의 일반 subnet에서 호스트에 쓸 수 없는 네트워크·브로드캐스트 주소를 고려해 큰 요구부터 배치한다.

/26에는 주소가 2^(32-26)=64개, 일반 호스트 주소가 62개다. /27은 32개 중 30개, /28은 16개 중 14개다. 필요 수량에 가장 가까운 prefix만 고르면 미래 확장과 경로 집약이 깨질 수 있으므로 지점·업무·보안구역별 연속 범위를 먼저 예약한다.

.112~.255는 아직 배정하지 않은 연속 주소 구간이지 하나의 정렬된 CIDR prefix가 아니다. 지금 표현해야 한다면 10.20.0.112/28과 10.20.0.128/25처럼 나누고, 더 작은 subnet은 실제 요구가 확정될 때 후속 분할한다.

상위 라우터에는 조건이 맞으면 여러 세부 경로 대신 10.20.0.0/24 하나를 광고할 수 있다. 단, 그 전체 범위가 같은 다음 경로 뒤에 있고 더 구체적인 예외 경로가 의도대로 처리될 때만 안전하다.

직접 풀어 보기 — 자체 조건 변경

성장 조건으로 사용자만 70대로 늘리면 기존 표를 그대로 쓸 수 있는가?

70대 확장과 전체 재배치

/26의 일반 호스트 62개로는 부족하므로 최소 /25의 2^(32−25)−2=126개가 필요하다. 사용자 영역을 10.20.0.0/25로 늘리면 .0~.127을 차지하여 기존 서버 .64~.95와 관리 .96~.111 영역을 덮는다. 주소 수만 늘리는 설정 변경으로 끝낼 수 없고, 예를 들어 서버를 .128/27의 .128~.159, 관리를 .160/28의 .160~.175로 옮기는 전체 재배치와 정책·DNS/DHCP·실제 장치 변경을 검토해야 한다. /25를 고른 산술은 맞아도 옛 서버 주소를 보존한 채 겹치게 만드는 답은 설계 실패다. 연속 예약과 변경영향 추적을 다시 확인한다.

VLSM 배정과 주소 중복을 다시 대조한다.

주소계획이 틀릴 때 보이는 징후

서브넷 계산 문제는 산술로 끝나지만 설계 문제는 중복 없음, 집약 가능, 성장 가능, 추적 가능, 전환 가능을 함께 답해야 한다.

5. 라우팅과 경로: 도달 가능성과 선택정책을 분리한다

라우팅 설계는 목적지 prefix별 도달 가능성을 어떤 출처에서 배우고, 여러 후보 중 어떤 정책으로 최적 경로를 선택하며, 장애 뒤 얼마나 일관되게 수렴할지를 정하는 일이다. 라우팅 표는 목적지 prefix와 다음 홉·출구 등의 전달정보를 가진다. 전달 시에는 보통 목적지 주소와 일치하는 후보 중 prefix 길이가 가장 긴 경로를 고르는 최장 prefix 일치(Longest Prefix Match)를 먼저 적용한다.

정적 라우팅은 운영자가 경로를 직접 지정해 예측 가능하지만 변화가 많으면 관리 부담과 누락이 커진다. 동적 라우팅은 장치가 프로토콜로 도달 가능성과 속성을 교환해 변화에 대응하지만 잘못된 광고와 정책이 빠르게 퍼질 수 있다. 내부 게이트웨이 프로토콜(Interior Gateway Protocol, IGP)은 한 관리영역 내부의 도달성과 비용을, 경계 게이트웨이 프로토콜(Border Gateway Protocol, BGP)은 자율시스템 사이 또는 큰 망의 정책 기반 경로를 주로 다룬다.

metric은 프로토콜 내부에서 후보를 비교하는 값이고 routing policy는 어느 경로를 받아들이고 알리며 선호할지 정하는 규칙이다. metric이 작다와 업무상 반드시 이 사업자를 쓴다는 같은 판단이 아니다.

제어평면은 경로를 학습·선택해 전달표의 목표 상태를 만들고, 전달평면은 설치된 규칙으로 매 패킷을 실제 출력한다. 라우팅 수렴은 장애나 변경 뒤 라우터들이 최신 경로를 반영해 전달이 안정되는 과정이다. 동일비용 다중경로(ECMP)는 같은 비용의 여러 다음 홉을 함께 쓰고, first-hop redundancy는 여러 라우터가 단말에 하나의 가상 기본 게이트웨이를 제공하며, link aggregation은 여러 물리 링크를 한 논리 링크로 묶는다. 비대칭 라우팅은 한 통신의 요청과 응답이 서로 다른 경로를 쓰는 상태다.

라우팅 루프(loop)는 패킷이 잘못 맞물린 경로를 따라 같은 라우터들을 반복해서 도는 상태이고, 블랙홀(black hole)은 목적지로 갈 유효한 다음 경로가 없어 패킷이 중간에서 버려지는 상태다. 루프는 TTL 또는 Hop Limit이 소진될 때까지 대역폭과 지연을 낭비하고, 블랙홀은 겉으로 경로가 광고되어도 실제 전달이 끊길 수 있으므로 제어평면의 경로 존재와 전달평면의 종단 도달성을 함께 검사한다.

기본경로(default route) 0.0.0.0/0 또는 ::/0은 목적지와 일치하는 더 구체적인 경로가 없을 때만 쓰는 최후의 후보 경로다. 최장 prefix 일치 때문에 구체 경로가 기본경로보다 우선한다.

제어평면이 길을 계산하고 전달평면이 매 패킷을 보낸다

상자 안의 대상과 화살표의 조건을 함께 읽으세요. 좁은 화면에서는 같은 관계를 세로로 재배치한 도식을 보여 줍니다.

제어평면은 이웃·경로 광고·정책에서 후보를 모아 정책·metric을 비교하고 최선 경로를 선택한다. 그 결과를 전달표에 설치한다. 전달평면은 설치된 목적지 prefix 가운데 최장 일치를 선택해 다음 홉·출구로 보낸다. 장애 수렴은 감지→철회·재계산→설치→트래픽 안정화 전체이며 경로 존재만으로 품질·도달성을 보장하지 않는다.

장애가 나면 감지 → 경로 철회·재계산 → 새 전달 항목 설치 → 트래픽 안정화가 이어진다. 이 전 과정이 수렴이다. 프로토콜의 hello timer만 줄였다고 종단 서비스 수렴시간이 보장되지는 않는다. 장치 CPU, 경로 수, 정책, 전달표 설치, 이웃·터널·방화벽 상태까지 포함해 측정한다.

도달 가능성은 품질 보장이 아니다. 경로가 있어도 우회로 지연이 너무 크거나 MTU·정책·용량 문제가 있으면 서비스는 실패할 수 있다. 라우팅 시험과 응용 흐름 시험을 따로 둔다.

최장 prefix 일치를 실제 전달표에 적용하자. 표에 0.0.0.0/0→G0, 10.20.0.0/24→G1, 10.20.0.64/27→G2가 이미 설치되어 있고 다른 규칙은 없다고 가정한다. 목적지 10.20.0.70은 기본경로, .0~.255인 /24, .64~.95인 /27에 모두 맞으므로 가장 긴 /27을 선택해 G2로 보낸다. 이 단계는 이미 설치된 서로 다른 길이의 prefix 가운데 선택하는 것이며 각 경로를 학습할 때의 metric 비교와 다르다.

직접 풀어 보기 — 같은 전달표의 자체 조건 변경

목적지를 10.20.0.100과 10.30.0.70으로 각각 바꾸면 어느 다음 홉을 고르는가? 먼저 일치하는 prefix들을 쓰고 그중 가장 긴 것을 고른다.

최장 prefix 일치의 계산과 오답 교정

10.20.0.100은 /27에 맞지 않아 G1, 10.30.0.70은 앞의 두 구체 경로에 맞지 않아 G0다. 숫자가 큰 /27이 항상 우선이라는 오답은 먼저 목적지와 일치해야 한다는 조건을 빠뜨린 것이다. 제어평면과 전달표 선택으로 돌아가 metric 비교와 구별한다.

경로를 여러 개 두는 방법은 실패범위가 다르다

경로 비대칭은 요청과 응답이 서로 다른 장치·경로를 지나는 상태다. 자체로 오류는 아니지만 상태기반 방화벽, 네트워크 주소변환(Network Address Translation, NAT), 일방향 관측, 서로 다른 MTU와 품질을 만나면 실패할 수 있다. 설계서에 대칭이 필요한 흐름과 허용 가능한 비대칭을 구분한다.

6. 용량과 QoS: 유한한 자원을 수요와 중요도에 맞게 배분한다

네트워크 용량 설계는 정상·첨두·장애 시나리오의 트래픽 수요에 처리·전달 자원과 운영 여유를 배정하는 일이다. headroom은 예측오차·버스트·성장·장애를 흡수하기 위해 즉시 쓰지 않고 남겨 두는 용량이다. 초과가입비(oversubscription ratio)는 하위에서 약속한 총 접근용량을 상위가 실제 제공하는 집선용량으로 나눈 비율이며, 실제 동시 사용률과 품질을 자동 보장하지 않는다.

한 구간의 지연은 장치가 머리와 규칙을 읽는 처리지연, 전송 차례를 기다리는 대기열지연, 패킷 bit를 링크에 밀어 넣는 전송지연, 신호가 거리를 이동하는 전파지연으로 나눠 본다. 전송지연은 Dtrans=L/R이며 패킷 크기 L을 bit, 링크율 R을 bit/s로 넣으면 결과는 초다. 종단 지연은 각 홉의 처리·대기열·전송·전파지연과 필요한 종단 처리시간을 더한 값이고, jitter는 패킷마다 관측되는 지연의 변동이다. 링크속도를 높여도 거리의 전파지연과 서버 처리지연이 자동으로 사라지지 않는다.

서비스 품질(Quality of Service, QoS)은 트래픽을 식별·표시하고 정책에 따라 허용·제한·대기·전송하여 혼잡 시 서비스별 지연·지터·손실을 차등 통제하는 체계다. QoS는 새 대역폭을 만들지 않는다. 수요가 물리 용량을 계속 넘으면 어떤 class는 기다리거나 버려지므로 용량 계획과 admission control이 먼저다.

일반 파이프라인은 분류 → 표시 → 정책 적용 → 큐 배치 → 스케줄링 → 혼잡 회피·폐기 → 측정이다. 차등서비스 코드점(Differentiated Services Code Point, DSCP) 같은 표시는 정책 의도를 전달하지만 각 구간이 그 표시를 신뢰하고 같은 홉별 동작을 적용할 때만 종단 의미가 이어진다.

분류는 패킷을 같은 정책을 받을 class로 나누고, 큐 스케줄링은 여러 대기열의 다음 전송 순서와 몫을 정한다. 셰이핑(shaping)은 초과분을 버퍼에 기다리게 해 평균 송신률을 완화하지만, 폴리싱(policing)은 계약을 넘은 트래픽을 즉시 폐기하거나 다시 표시한다. 수락제어(admission control)는 새 흐름이 기존 품질목표를 해치지 않을 때만 진입시키며, 버퍼블로트(bufferbloat)는 과도한 대기열이 손실 대신 큰 지연과 지연변동을 만드는 현상이다.

계산 예: 정상 합계보다 장애 때 남는 용량을 본다

전체 영상 사용자 120명 중 동시에 사용하는 비율을 0.6으로 가정하면 영상 수요는 120명 × 4Mb/s × 동시성 0.6 = 288Mb/s다. 여기에 업무 데이터 80Mb/s, 운영·백업 제한분 30Mb/s를 더하면 첨두 기준 398Mb/s다. 미래 수요·추정오차를 현재 수요의 30%만큼 더하는 수요 여유율이라면 398 × 1.3 = 517.4Mb/s다. 반면 링크 용량의 30%를 비워 두는 용량 headroom을 뜻한다면 398 ÷ (1-0.30) ≈ 568.6Mb/s가 필요하다. 같은 30% 여유라도 분모가 다르므로 답안에 계산 정의를 적는다.

1Gb/s 링크 두 개를 모두 동시에 사용하는 능동-능동(active-active)으로 두었다면 정상 합계 2Gb/s만 자랑해서는 안 된다. 링크 하나가 끊긴 뒤 남은 1Gb/s가 더 보수적인 568.6Mb/s 요구와 제어·캡슐화 부가량을 감당하는지 시험한다. ECMP나 링크 집성은 보통 출발·목적지 주소와 포트번호 같은 흐름 정보를 일정한 계산식인 해시(hash)에 넣어 같은 흐름을 한 링크에 고정한다. 따라서 링크 수가 둘이라고 트래픽이 정확히 절반씩 나뉘는 것은 아니며, 특정 대형 흐름이 한 링크에 몰리는 편향도 측정해야 한다.

혼잡 순간에는 실시간 음성·제어 트래픽을 낮은 지연 큐에 두고, 일반 업무에 공정한 몫을 주며, 백업은 shape하거나 낮은 우선순위로 제한할 수 있다. 그러나 strict priority를 무제한 허용하면 다른 큐가 굶을 수 있으므로 priority class에 admission·policing과 측정을 함께 둔다.

QoS 도구는 같은 일을 하지 않는다

통합서비스(Integrated Services, IntServ)는 흐름별 요구와 자원 예약으로 보장을 시도하고, 차등서비스(Differentiated Services, DiffServ)는 패킷을 서비스 등급(class)으로 묶어 각 홉에서 차등 처리한다. IntServ에서는 응용의 요구를 알리는 제어정보와 예약에 따라 노드가 흐름별 상태를 유지하고 새 흐름을 수락할지 결정한다. DiffServ에서는 경계가 패킷을 분류·표시하고 각 홉이 표시된 등급에 정한 전달행동을 적용한다. 서비스 등급과 장치의 물리 큐가 반드시 일대일로 대응하는 것은 아니다.

IntServ는 세밀한 흐름 단위 통제가 가능하지만 흐름 수가 많으면 신호·상태·운영 부담이 커진다. DiffServ는 등급별 집계로 확장성을 높이지만 여러 관리구간의 표시 신뢰와 정책·용량이 일관되어야 한다. 실제 선택은 흐름 수, 보장 강도, 관리구간과 운영역량에 따른다. 어느 모델도 물리 용량을 만들지 않으므로 용량계획, 경계별 정책검증, 큐 지연·폐기량 측정을 함께 적용한다. 둘을 보장/비보장 두 단어로만 나누지 말고 상태 단위·신호·확장성·종단 경계를 비교한다.

직접 읽는 큐 스케줄링: FIFO와 WFQ는 무엇을 다르게 고르는가

하나의 출력 링크에 큰 파일 전송과 짧은 업무 요청이 몰렸다고 하자. 모든 패킷을 같은 줄에 넣고 도착 순서대로 보내면 단순하지만, 큰 흐름이 앞을 많이 차지한 동안 뒤의 업무 요청도 기다린다. 여기서 필요한 선택은 다음에 어느 패킷을 보낼지다. 경로 선택, 입력 속도 제한, 버퍼가 찼을 때의 폐기는 별도의 선택이다.¹

FIFO(First-In First-Out) 스케줄링은 한 큐에 먼저 들어온 패킷을 먼저 내보내는 방식이다. 같은 큐에 들어온 순서를 보존하지만 흐름별 대역폭 몫을 따로 배정하지는 않는다. 앞서 배운 자료구조의 큐 규칙을 네트워크의 출력 대기에 적용한 것이다. 운영체제 페이지 교체의 FIFO와 목적·대상·관찰 지표를 섞지 않는다.

WFQ(Weighted Fair Queuing, 가중공정큐잉)는 흐름별 가중치와 패킷 길이를 반영하여, 이상적인 자원 분배에서 먼저 끝날 패킷을 우선 보내는 패킷 스케줄링 방식이다. 흐름(flow)은 이 설계에서 같은 몫을 받을 데이터 묶음이다. 연결별인지 사용자별인지 부서별인지 먼저 정의해야 한다. 한 사용자가 연결을 여러 개 만들 때 몫이 늘어나는 문제를 피하려면 무엇에 공정하게 나눌지를 분류 기준에 반영한다.¹²

GPS(Generalized Processor Sharing)는 여러 대기 흐름을 아주 잘게 나눠 동시에 서비스하는 이상적인 유체 모형이다. 여기서는 위성항법을 뜻하는 GPS가 아니다. 실제 링크는 일반적으로 한 패킷을 통째로 보내므로 이 모형의 순서를 패킷 단위로 근사한다. 가중치가 2인 흐름을 무조건 ‘패킷 두 개’ 보내는 것과 비트·바이트로 두 배의 몫을 배정하는 것은 다르다.¹

공정한 몫은 패킷 개수가 아니라 전송량의 조건으로 읽는다

가상 링크의 서비스율이 12Mb/s이고 대기 자료가 계속 있는 두 흐름 A·B의 가중치가 1·2라면 이상적 분배는 A가 12×1/(1+2)=4Mb/s, B가 12×2/(1+2)=8Mb/s다. 둘 모두 전송할 자료가 충분하다는 조건이다. 이 값은 각 순간 모든 패킷에서 정확히 관찰되는 속도나 종단 응용의 보장 속도가 아니다.

보낼 자료가 있는 동안 링크를 일부러 쉬게 하지 않는 work-conserving 구성을 가정하자. B가 비고 A만 자료가 충분하면 A가 12Mb/s를 사용할 수 있다. B의 몫을 쓰지 않는다고 링크의 8Mb/s를 반드시 비워 두는 것은 아니다. 별도의 셰이핑 상한이 있다면 결과가 달라질 수 있으므로 스케줄러와 제한 정책을 구별한다.¹

패킷을 한 개씩 번갈아 보내도 A의 패킷이 1,500바이트이고 B의 패킷이 500바이트라면 두 패킷에 사용한 전송량은 3:1이다. 패킷 수의 균등과 바이트 수의 균등은 같지 않다. 길이가 다른 패킷과 가중치를 함께 고려하는 이유다.

가상 완료 태그를 한 단계씩 계산한다

각 패킷이 이상적인 분배에서 끝날 순서를 비교하는 값을 가상 완료 태그라고 하자. 값이 작을수록 그 기준에서 일찍 끝나는 패킷이다. 정규화된 가상 시간은 흐름에 서비스가 제공된 정도를 나타내는 시계이며 실제 초와 무조건 같은 값이 아니다. 가상 시간이 흐르는 속도는 기준 모형에서 활동 중인 흐름과 가중치에 따라 달라진다.

흐름 i의 k번째 패킷에 대해 도착 시각을 a, 길이를 L, 양수 가중치를 w라고 쓰면 기본 식을 다음처럼 적는다.³

시작 태그 = max(같은 흐름의 이전 완료 태그, 도착 시점의 가상 시간 V(a))

완료 태그 = 시작 태그 + L/w

max는 둘 중 큰 값이다. 앞 패킷보다 먼저 같은 흐름의 뒷 패킷을 서비스하지 않도록 이전 완료 태그를 유지한다. 쉬던 흐름이 다시 들어올 때는 이미 진행된 가상 시간보다 과거부터 서비스를 받은 것처럼 계산하지 않도록 V(a)를 함께 본다. V(a)를 실제 도착 시각 a로 그대로 대체하거나, 모든 도착에 무조건 0을 넣지 않는다.

다음 전송을 고를 때는 각 흐름의 맨 앞 패킷 중 완료 태그가 가장 작은 것을 선택하고 패킷을 끝까지 보낸다. 동률의 처리도 정한다. 이 식은 교육용 기본 원리를 설명하며 장비마다 붙인 WFQ·등급별 큐 이름이나 근사 알고리즘이 모두 같은 세부 구현이라는 뜻은 아니다.

계산 WQ-1: 같은 네 패킷을 서로 다른 순서로 보낸다

아래 패킷은 전송을 시작하기 전에 모두 도착해 있고 가상 시간은 0이라고 가정한다. 초기 이전 완료 태그도 0이며, 이후 새 도착은 없다. FIFO가 사용한 도착 순서는 A1→A2→B1→B2다. WFQ의 완료 태그 동률은 A를 먼저 고른다. 출력 링크는 1초에 1,000바이트를 전송하고 헤더·전파·처리 지연은 제외한다. 실제 장비의 시험값이 아닌 자체 계산이다.

첫 후보는 A1의 1,000과 B1의 250이므로 B1을 보낸다. 다음에는 A1과 B2가 모두 1,000이어서 정한 동률 규칙에 따라 A1을 보낸다. 그 뒤 B2의 1,000이 A2의 2,000보다 작아 B2, 마지막으로 A2를 보낸다. 결과는 B1→A1→B2→A2다. 흐름 내부의 A1→A2와 B1→B2 순서는 유지한다.

실제 전송시간은 길이를 초당 1,000바이트로 나누어 계산한다. B1은 0.5초, A1은 1초, B2는 1.5초, A2는 1초가 걸린다. 각 패킷의 완료 시각을 비교하면 다음과 같다.

전체 4,000바이트는 두 방식 모두 4초에 끝난다. WFQ가 링크 용량을 늘린 것이 아니라 완료 순서와 대기의 분배를 바꾼 것이다. B1은 빨라졌지만 A1·A2는 늦어졌으므로 모든 패킷의 지연이 동시에 줄었다고 쓰지 않는다. 태그 1,000을 실제 1,000초로 읽지도 않는다.

가중치 1:2인데 마지막 총 바이트 수가 A 2,000, B 2,000인 것은 모순이 아니다. 이 예는 유한한 묶음이라 결국 두 흐름의 자료를 모두 보내며, 각 흐름이 계속 대기하는 장기 포화 상황과 다르다. 한 흐름이 먼저 비면 다른 흐름이 남은 용량을 사용할 수 있다.

비선점·버퍼·분류의 한계를 남긴다

비선점 전송은 이미 보내기 시작한 패킷을 중간에서 멈추고 다른 패킷으로 교체하지 않는다는 뜻이다. 링크가 1Mb/s이고 1,500바이트 패킷이 막 시작됐다면 전송에 1,500×8/1,000,000=0.012초, 12ms가 필요하다. 그 직후 긴급 패킷이 도착해도 이 구간은 기다릴 수 있다. 이는 전체 지연의 보장 상한이 아니라 이미 진행 중인 한 패킷에 의한 대기 요인이다.

WFQ는 순서를 바꾸지만 유한 버퍼의 초과·표시·폐기를 모두 해결하지 않는다. 버퍼가 계속 쌓이면 지연과 폐기가 생긴다. 능동적 큐 관리(AQM)는 혼잡 신호·표시·폐기를 다루는 별도의 기능이며, 이를 WFQ의 동일한 이름으로 묶어 효과를 과장하지 않는다.¹

엄격한 우선순위 큐는 높은 등급이 비지 않으면 낮은 등급이 계속 기다릴 수 있다. 가중 분배와 ‘높은 등급이 언제나 먼저’라는 규칙은 다르다. 낮은 지연이 필요한 흐름에는 입력 부하·버스트·최대 패킷 길이·경로별 정책 등 추가 조건을 검토한다. 스케줄러 하나를 설치했다고 어떤 트래픽에서도 종단 지연이 보장되는 것은 아니다.

완성 선택안 WQ-G1

WQ-G1은 두 업무 묶음 A·B가 공유하는 가상 12Mb/s 출력 링크의 혼잡 완화를 검토한다. A는 일반 조회, B는 더 큰 전송 몫을 승인받은 업무이며 가중치를 1·2로 정한다. 이 값은 교육용 정책이지 모든 음성·업무망의 권장 설정이 아니다. 성능지표는 같은 출력 경계에서의 바이트 처리량·대기 분포·폐기·버퍼량과 종단 업무 응답을 분리한다.

분류 담당은 인증된 사용자·서비스 관계에 따라 두 묶음을 정하고 임의 표시나 연결 수 증가로 몫을 늘리지 못하게 경계를 관리한다. 운영 담당은 실제 장비가 제공하는 스케줄러·큐 수·태그 근사·동률·버퍼·패킷 길이 조건을 확인한다. 공급자의 기능 이름을 이 원리 모형과 자동으로 같게 취급하지 않는다.

비교안은 단일 FIFO, 가중 분배, 무제한 엄격 우선순위다. 두 집단에 지속적인 몫을 주려는 목적에서는 FIFO에서 앞선 흐름 때문에 생기는 대기와 무제한 우선순위의 기아 위험을 이유로 가중 분배를 우선 검토한다. 입력이 물리 용량을 계속 넘거나 장애 뒤 용량이 부족하면 스케줄러 변경만으로 목표를 맞추지 않고 용량·수락·유예 가능한 전송의 제한을 함께 조정한다.

계획된 확인은 WQ-1과 같은 작은 순서 추적, 두 큐 지속 대기, 한 큐 비움과 재진입, 길이가 다른 패킷, 과부하, 분류 조작, 링크 장애다. 두 큐가 충분히 대기하는 구간의 이론적 4/8Mb/s와 빈 큐의 몫 재사용을 바이트로 확인하고 짧은 구간의 패킷화 오차를 구별한다. 합격 범위는 실제 시험환경·부하·지연 요구에 맞게 정하며 모형 계산을 장비 시험 통과로 기록하지 않는다.

출력 큐가 바뀌었어도 응용·전파·다른 링크의 지연은 남는다. 운영자는 목표 불충족의 위치와 관찰값을 남기고, 큰 평균 처리량으로 특정 업무의 긴 대기를 숨기지 않는다. 검증한 설정·변경 조건·되돌림과 책임을 기존 네트워크 설계의 요구-결정-시험에 연결한다.

7. 보안과 이중화: 기존 원리를 네트워크 경로에 적용한다

복원력과 고가용성은 용량·확장·고가용성·재해복구 설계에서, 자산·위험·통제와 신뢰경계는 정보보안 분야에서 상세히 배운다. 여기서는 그 원리를 네트워크 결정에 적용한다.

이중화는 같은 기능을 둘 이상 두는 것이고, 독립성은 같은 원인에 함께 실패하지 않는 성질이다. 장치 두 대가 같은 전원·제어면·설정오류·사업자에 묶이면 수량은 이중이지만 실패영역은 하나다. 장애조치는 고장을 감지하고 역할·경로·상태를 바꾸며 서비스를 다시 안정화하는 전 과정이므로 탐지시간, 전환시간, 상태동기화와 잔존 용량을 각각 측정한다.

앞에서 정의한 DMZ를 포함한 보안 분할은 기본 차단 후 필요한 흐름 허용, 관리평면 분리, 정책 우회경로 제거, 변경·접근 기록을 포함한다. 방화벽 한 대를 그림에 넣는 것만으로 신뢰경계가 완성되지 않는다. 정상 경로와 장애 우회경로 모두 같은 통제를 지나며 관측 가능한지 시험한다.

인증·암호화 알고리즘과 키관리는 키·해시·암호화·전자서명 절에서 상세히 배운다. 이 절에서는 보호할 흐름·신뢰경계·정책 집행 위치와 장애 우회경로에서도 같은 보호 요구가 유지되는지만 네트워크 설계에 적용한다.

설계 실패는 그림보다 경계와 숫자에서 먼저 찾는다

실패표에는 원인 → 징후 → 탐지 → 예방 → 복구를 연결한다. 단순히 이중화한다고 쓰는 대신 어떤 실패를 어느 시험으로 확인할지 적는다.

재현 가능한 설계 절차

1. 범위·제약 고정: 사용자·지점·cloud·외부연계와 예산·규제·기존환경을 적는다.
2. 흐름·SLO 작성: 출발/목적지·방향·평균/첨두·지연/손실·보안 등급을 적는다.
3. 장애 시나리오 작성: 링크·장치·전원·사업자·정비 상태별 최소 서비스를 정한다.
4. 논리 분할 설계: broadcast·routing·trust·failure boundary와 허용 흐름을 정한다.
5. 주소계획 수립: 겹치지 않는 prefix, 성장 여유, 집약, IPAM과 dual-stack을 정한다.
6. 경로·정책 설계: static/IGP/BGP, metric·policy, 대칭성, 수렴과 광고 경계를 정한다.
7. 용량·QoS 계산: 정상·첨두·장애 수요, headroom, class·queue·shape/police를 정한다.
8. 물리·보안·이중화 배치: 장치·링크·전원·관로 독립성과 정책 집행점을 확인한다.
9. 검증계획 작성: 정상·과부하·장애·복구·변경 rollback을 실제 흐름과 수치로 시험한다.
10. 운영 인계: 구성 기준선, 관측지표, 임계치, 운영절차서(runbook), 책임자와 예외 만료일을 남긴다.

각 단계 산출물에는 요구 ID와 결정 ID를 연결한다. 그래야 요구가 바뀔 때 어느 prefix·정책·용량·시험을 다시 검토할지 찾을 수 있다.

이 절이 소유하는 것과 참조하는 것

이 절은 요구·트래픽을 네트워크 구조로 바꾸는 전체 과정, 토폴로지·분할, IP 주소계획, 라우팅·경로, 용량·QoS를 설명한다. 프로토콜 패킷 분석은 네트워크와 프로토콜 분석, 일반 복원력·고가용성은 용량·확장·고가용성·재해복구 설계, 보안 위험·통제는 보안 파트, 수학적 지연·처리량 기초는 지연·대역폭·처리량·혼잡을 참조한다.

제품별 설정 명령, 사업자별 상품명, 특정 장비의 proprietary 기능은 이 절의 설명 범위가 아니다. 답안에서는 표준 개념과 선택기준을 먼저 쓰고 제품은 예시로만 제한한다.

8. 네트워크 설계의 전체 답안을 연결한다

전체 설계의 답안은 다음 네 층을 연결해야 한다.

1. 정의·경계: 업무 흐름과 품질·보안·가용성 제약을 검증 가능한 전달 구조로 바꾸며 장비 목록과 구분한다.
2. 구조·작동: 요구·트래픽 → 토폴로지·분할 → 주소 → 경로 → 용량·QoS → 물리·이중화 → 검증의 연결을 도식화한다.
3. 실패·통제: 공유 운명(shared fate), 주소 중복, 라우팅 루프·블랙홀, 느린 수렴, QoS 오분류, 장애 시 용량 부족과 보안 우회를 다룬다.
4. 선택·검증: 정상·첨두·장애 수요표, 대안 비교, 수용기준과 failover·복구 시험으로 결론을 낸다.

주소, 라우팅, QoS 중 하나만 길게 쓰면 이 절에서 다루는 통합 설계 요구를 설명하지 못한다. 반대로 모든 기술 이름을 한 줄씩 나열해도 요구와 결정 사이의 인과가 없으면 설계 답안이 아니다.

9. 기출은 설계 전체보다 조각을 반복해 물었다

네트워크 설계의 기존 문항 검토 분모는 17문항이다. 자동 군집에는 운영체제의 선입선출(First-In First-Out, FIFO) 이상현상을 서비스 품질의 가중공정큐잉(Weighted Fair Queuing, WFQ)과 묶은 오류와 복합문항 경계가 섞여 있으므로 승인 결과로 쓰지 않는다. 실제 학습 처리는 다음 세 칸으로 나눈다.

위 1차 감사 대상에서는 요구에서 검증까지의 전체 절차를 직접 묻는 문항을 확인하지 못했으므로 다음 블록의 통합 설계문항을 신규공백으로 둔다. 이를 모든 회차의 모든 기출에 해당 문항이 없다는 결론으로 확대하지 않는다.

이 판정은 AI 수동감사 후보이며 공식 원문과 사람이 독립 승인하기 전에는 확정 기출분류가 아니다. 이번에는 보존 기출 추출문의 FIFO·WFQ 비교 요구를 참고해 앞의 작동·계산을 보강했다. 원문 PDF 페이지의 재대조와 기출군 승인까지 수행한 것으로 세지 않는다.

신규공백: 조각을 하나의 검증 가능한 설계로 묶기

앞의 1차 감사 대상 17문항에서는 세부 기술을 확인했지만 요구에서 검증까지 잇는 전체 설계 절차를 직접 묻는 문항은 확인하지 못했다. 다음 25점 문제는 그 검토 범위에서 확인한 학습 연결의 공백을 보완하는 자체 문제이며, 공식 기출을 복원하거나 모든 회차의 출제 범위를 대표하지 않는다. 정답은 특정 vendor 장비가 아니라 요구표·논리/물리 도식·주소와 경로·장애 용량·시험기준을 한 흐름으로 연결해야 한다.

10. 10점 전환: IntServ와 DiffServ 비교

QoS 방식인 IntServ와 DiffServ의 개념, 작동방식과 적용 경계를 비교하시오.

이 문제는 약어 풀이가 아니라 상태 단위·신호·자원통제·확장성·종단 보장 경계를 같은 축으로 비교하는 문제다. 먼저 QoS가 유한한 용량을 차등 통제하는 체계임을 정의하고, 두 모델 뒤에 scheduling·policing·admission 같은 실제 자원통제가 필요함을 쓴다.

답안 목차·풀이·교정 근거 보기

답안 목차

1. QoS와 비교 목적
2. IntServ: 흐름별 요구·신호·예약·수락제어
3. DiffServ: 서비스 등급 표시와 홉별 차등처리
4. 상태 단위·확장성·보장·운영 비교표
5. 공통 실패조건과 선택 기준

답안 도식

모델	요청·표시 → 노드의 상태·집행 → 전송
IntServ	흐름 요구 → 신호·예약 → 각 노드의 흐름별 상태·admission → 전송
DiffServ	패킷 분류·DSCP → class별 홉 동작·큐 정책 → 전송

두 경로는 아래 같은 축 비교표로 판정한다. 공통 기반은 충분한 용량·정책 일관성·측정이며, 서비스 등급과 물리 큐를 일대일로 단정하지 않는다. 실제 순서와 전송시간은 FIFO/WFQ 계산을 재사용한다.

10점 모범답안

QoS는 트래픽을 식별·표시하고 유한한 전달자원을 정책에 따라 허용·제한·대기·전송하여 혼잡 시 서비스별 지연·지터·손실을 차등 통제하는 체계다.

IntServ는 응용 흐름이 필요한 자원을 제어정보로 알리고 각 노드가 흐름별 상태와 수락제어 결정을 유지하는 모델이다. 세밀한 흐름 단위 통제가 가능하지만 흐름 수가 많으면 신호·상태·운영 부담이 커진다.

DiffServ는 경계에서 패킷을 서비스 등급으로 분류·표시하고 각 홉이 그 등급에 정한 전달행동과 큐 정책을 적용한다. 서비스 등급과 물리 큐가 반드시 일대일인 것은 아니며, 등급별 집계로 확장성을 높이지만 여러 구간의 표시 신뢰와 정책·용량이 일관되어야 한다.

비교축	IntServ	DiffServ
상태 단위	흐름별	서비스 등급별 집계
제어	신호·예약·수락제어	표시·홉별 큐·폴리싱
장점	세밀한 요구 표현	대규모 망의 확장성
한계	노드별 상태·신호 부담	종단 일관성과 절대보장 경계

실제 선택은 흐름 수, 보장 강도, 관리구간과 운영역량에 따른다. 어느 모델도 물리 용량을 만들지 않으므로 용량계획, 경계별 정책검증, 큐 지연·폐기량 측정을 함께 적용한다.

11. 25점 전환: 요구 기반 기업 네트워크 설계

본사와 재해복구센터에 공개 Web, 내부 업무, DB와 관리시스템을 두고 두 회선 중 하나가 끊겨도 핵심 업무를 유지해야 한다. 요구분석, 외부 공개구역(Demilitarized Zone, DMZ)을 포함한 논리·물리 토폴로지, 주소·라우팅, 용량·QoS·보안·이중화와 검증계획을 설계하시오.

핵심은 화려한 장비도가 아니라 요구 → 결정 → 실패통제 → 검증의 추적이다. DMZ·업무·데이터·관리 영역을 나누되 허용 흐름을 쓰고, 두 경로의 물리 독립성과 장애 시 잔존 용량을 확인한다. 주소표와 경로정책은 그림과 일치해야 한다.

통합 예의 수용조건은 교육용으로 다음처럼 정한다. 본사↔DR은 물리 경로가 독립인 1Gb/s 회선 A·B를 주/대기로 사용하며, 각 방향의 링크 부가량을 포함한 첨두 요구는 핵심 업무 400Mb/s와 백업 200Mb/s다. 장애 감지부터 핵심 업무 재개까지 5초 이하, 복구 후 핵심 업무 RTT p95 50ms 이하·응용 응답 p95 300ms 이하를 목표로 둔다. 이 숫자는 장비가 이미 달성한 결과가 아니라 아래 주소·경로·용량 선택을 검사하기 위한 요구다.

답안 목차·풀이·교정 근거 보기

답안 목차

1. 설계목표·범위와 정상/첨두/장애 요구
2. 논리·물리 토폴로지와 신뢰·장애영역
3. 영역별 주소·prefix 집약·IPAM
4. 내부·외부 경로, 정책·수렴·대칭성
5. 서비스 등급별 QoS와 혼잡 통제
6. 성장·첨두·장애 수요 기반 잔존 용량
7. 보안·이중화와 우회경로의 통제
8. 정상·과부하·장애·복구 수용시험과 운영 인계

답안 도식

상자 안의 대상과 화살표의 조건을 함께 읽으세요. 좁은 화면에서는 같은 관계를 세로로 재배치한 도식을 보여 줍니다.

각 업무 화살표는 필요한 흐름만 허용하는 정책 경계다. 외부 HTTPS→DMZ Web→업무 App→DB와 운영자 인증→관리 VRF→Web/App/DB/망장치의 별도 관리 접점을 분리한다. DB는 관리망의 중계점이 아니다. 그림에 생략한 외부 공개 접속·센터 간 업무/복구의 실제 정책 집행과 우회경로는 모든 경로에서 별도로 시험한다.

상자 안의 대상과 화살표의 조건을 함께 읽으세요. 좁은 화면에서는 같은 관계를 세로로 재배치한 도식을 보여 줍니다.

본사와 DR센터의 중심망 A/B·경계 A/B를 여덟 개 실제 노드로 나눴다. 각 센터에서 중심망 두 개가 경계 두 개 모두와 연결하고, 회선 A는 사업자/인입구/관로 A의 같은 쪽 경계, 회선 B는 B의 같은 쪽 경계를 잇는다. 교차는 hop으로 표시한 연결선이며 접합이 아니다. 사례는 1Gb/s 두 회선을 주/대기로 쓰므로 정상 가용 용량을 2Gb/s로 더하지 않는다. 단일 회선의 잔존 용량·전원·섀시·관로·사업자 독립성은 아래 수치와 현장 증거로 검증한다.

외부 공개 접속은 각 센터의 경계에서 DMZ 정책으로 분기하고, 센터 간 업무·복구 흐름도 같은 구역 정책을 거친다. 회선 한쪽이 끊겼을 때 다른 쪽이 정책을 우회하지 않아야 한다. 관측은 회선·큐·폐기량, 경로수렴, 정책로그와 종단 SLO를 연결한다. 이 도식은 설계 사례이며 두 사업자를 선택했다는 사실만으로 물리 독립성이 입증되지는 않는다.

25점 모범답안

네트워크 설계는 업무 흐름과 품질·보안·가용성 제약을 토폴로지, 분할, 주소, 경로, 용량, QoS, 이중화와 검증계획으로 변환하는 과정이다. 먼저 사용자-공개 Web-업무 App-DB, 운영자-관리대상의 흐름별 출발·목적지·방향·첨두량·지연·손실·허용중단을 트래픽 행렬과 SLO로 고정한다. 정상뿐 아니라 회선·장치 하나를 제거한 장애 수요를 별도 계산한다.

논리 구조는 DMZ, 업무, 데이터, 관리 VRF와 보안구역으로 나누고 기본 차단 뒤 필요한 흐름만 허용한다. Web→App→DB 업무 경로와 운영자→관리 VRF→대상 관리 접점을 분리하며 DB를 관리망의 중계점으로 쓰지 않는다. 본사와 DR센터에는 경계 A/B를 각각 두고 사업자·인입구·관로가 분리된 두 회선으로 같은 쪽 경계를 연결한다. 각 센터의 중심망 A/B는 두 경계 장치에 모두 연결하고 전원·섀시의 독립성과 단일장애 잔존 용량을 검증한다.

주소는 지점·영역별 연속 prefix를 예약하고 가장 큰 subnet부터 VLSM으로 배치한다. 전역 IPAM에 소유·용도·예약·DNS/DHCP 관계를 기록하며, 상위에는 실제 같은 경로 뒤의 연속 범위만 집약한다. IPv4와 IPv6의 경로·보안·감시를 함께 시험한다.

내부는 규모와 운영역량에 맞는 IGP, 외부 다중사업자는 BGP 또는 관리 가능한 정적 정책을 선택한다. metric과 업무 routing policy를 구분하고, 최장 prefix 일치·기본경로·더 구체적인 예외가 의도한 결과를 내는지 검증한다. 장애 감지부터 새 전달항목 설치와 응용 안정화까지의 수렴시간, 상태장비가 요구하는 경로 대칭성을 측정한다.

실시간·핵심 업무·일반·백업을 서비스 등급으로 분류·표시하고 큐 스케줄링, 셰이핑, 폴리싱과 수락제어를 적용한다. QoS가 부족한 용량을 만들 수 없으므로 큐 지연·폐기량·등급별 처리량을 부하시험한다.

용량은 흐름별 첨두 합계, 성장·버스트 가정과 여유율의 분모를 구분해 계산하고 회선 하나가 사라진 잔존 용량으로 판정한다. 정상 합계가 충분해도 단일장애 때 우선 업무를 수용하지 못하면 회선·경로·부하감축 정책을 조정한다.

이중화한 장치·회선이 공통 섀시·전원·사업자·인입구를 공유하는지 확인하고 제거하지 못한 공통원인은 잔여위험으로 남긴다. 본사와 재해복구센터의 우회경로도 같은 정책 집행과 관측을 거치게 하고 관리평면은 별도 인증·접근기록으로 통제한다.

수용시험은 정상 흐름, 첨두 부하, 링크·장치·전원 장애, 정책 변경 실패와 이전 설정으로 되돌리기, 복구 후 경로·상태 일관성을 포함한다. 회선·큐·폐기량, 경로·수렴, 정책로그와 종단 SLO를 함께 관측하고 기준선·운영절차서·책임자를 운영에 인계한다. 이로써 요구-결정-실패통제-검증이 추적되는 설계를 완성한다.

본사·DR의 주소와 단일회선 장애를 연결한 선택안

다음 주소는 교육용 사설 IPv4 계획이다. 각 행의 첫 사용가능 주소를 게이트웨이로 예약하고, 두 센터에서 같은 영역 이름을 써도 주소는 겹치지 않게 한다.

표의 게이트웨이 끝자리 .65는 해당 센터의 10.60.0.65 또는 10.61.0.65를 뜻한다. /26은 주소 64개, /27은 32개 단위이므로 위 범위는 중복되지 않는다. 보안구역 사이 통신은 경로 존재만으로 허용하지 않고 방화벽 정책도 통과해야 한다. IPv6는 별도 할당받은 prefix로 같은 영역·정책 구조를 구성하며 이 IPv4 예가 IPv6 주소계획까지 끝냈다는 뜻은 아니다.

회선 A의 점대점 주소는 본사 10.255.0.1/30·DR 10.255.0.2/30, B는 본사 .5/30·DR .6/30을 쓴다. 작은 두 센터 예에서는 종단 도달성 추적을 결합한 정적 주/대기 경로를 선택한다. 본사의 10.61.0.0/24는 A의 .2를 우선하고 실패 시 B의 .6으로 바꾸며, DR의 10.60.0.0/24도 A의 .1에서 B의 .5로 대칭 전환한다. 이 표기의 .2 등은 모두 10.255.0.x 주소다. 센터 내부의 더 구체적인 /26·/27 경로가 집약 경로보다 우선하며, 집약 범위 중 미할당 주소는 센터 경계에서 버려 기본경로를 통한 루프를 막는다.

주/대기이므로 정상에도 2Gb/s를 가용 용량으로 더하지 않는다. 가용 링크의 30%를 여유로 남기는 사용한도는 1000×0.7=700Mb/s이므로 정상 600과 장애 500은 이 교육 모형의 한도 안이다. 각 방향을 별도로 계산하고, 실제 오버헤드·버스트·성장·암호화 장비 처리량이 달라지면 다시 산정한다. 두 회선의 동시 상실이나 공통 경계장치 고장은 이 단일회선 계산으로 보장하지 않는다.

시험에서는 실제 회선 A 또는 B를 하나씩 끊어 경로 철회·설치, 방화벽 세션 경로, 핵심 업무의 첫 성공 응답을 한 시간선에 기록한다. 5초 내 재개와 복구 후 RTT·응용 지연 목표, 등급별 처리량·큐 폐기를 각각 확인한다. 링크가 살아 있다는 이유만으로 성공하지 않고 잘못된 주소집약·보안 차단·비대칭 경로·남은 회선 과부하를 함께 검증한다.

추가 10점 문제: FIFO와 WFQ의 원리를 계산으로 비교한다

FIFO와 WFQ의 선택 기준을 비교하고 WQ-1의 전송 순서와 한계를 설명하시오.

FIFO·WFQ 비교의 목차와 완성 답안

목차: 흐름·가중치·길이 → 가상 완료 태그 → 실제 전송시간 → 공정성과 보장의 범위.

완성 답안: FIFO는 한 큐의 도착 순서대로 전송하며 흐름별 몫을 직접 구별하지 않는다. WFQ는 흐름별 양수 가중치와 패킷 길이, 이전 완료 태그와 도착 시점의 가상 시간을 이용해 완료 태그를 부여하고 각 흐름의 앞 패킷 중 작은 태그부터 전송한다. 가중치는 패킷 수가 아니라 전송량 분배의 기준이며 가상 시간과 실제 초를 구별한다.

WQ-1의 가중치 A=1·B=2, 길이 A1=1,000·A2=1,000·B1=500·B2=1,500바이트와 초기 가상 시간 0에서 태그는 A1 1,000, A2 2,000, B1 250, B2 1,000이다. 동률 A 우선 규칙으로 B1→A1→B2→A2를 고른다. 초당 1,000바이트 링크에서 완료 시각은 각각 0.5·1.5·3·4초다. FIFO는 주어진 도착 순서 A1→A2→B1→B2로 보내 B1이 2.5초에 끝난다.

두 방식 모두 전체 4,000바이트를 4초에 보내며 WFQ가 새 용량을 만든 것은 아니다. 유한 묶음에서의 최종 바이트 합계와 계속 대기하는 흐름의 장기 가중 몫을 구별한다. 분류·버퍼·비선점·외부 병목이 남으므로 단일 순서 계산을 모든 패킷의 지연 보장으로 확대하지 않는다.

추가 25점 문제: 혼잡한 공유 링크의 선택안

WQ-G1의 12Mb/s 공유 링크에서 두 업무 묶음 A·B에 1:2의 몫을 주는 안을 설계하시오. 대안, 분류, 빈 큐, 패킷 길이, 과부하와 검증을 포함하시오.

공유 링크 선택과 검증의 완성 답안

완성 설계 답안: WQ-G1은 같은 출력 링크를 쓰는 일반 조회 A와 더 큰 몫을 승인받은 업무 B를 구분하고 각각 가중치 1·2를 둔다. 두 집단에 자료가 계속 대기하는 이상 모형의 몫은 4·8Mb/s다. 보낼 자료가 있는 동안 링크를 쉬지 않는 구성이며 B가 비면 A가 전체 12Mb/s를 사용할 수 있다. 별도 상한·입력 부족·장비 제약은 이 조건과 분리한다.

분류는 승인된 사용자·업무 경계를 기준으로 하고, 연결 개수나 위조된 표시만으로 더 큰 몫을 얻지 않게 한다. 단일 FIFO는 앞에 몰린 흐름이 뒤를 지연하고, 무제한 엄격 우선순위는 낮은 등급을 계속 기다리게 할 수 있어 지속적인 몫이라는 목적에는 가중 분배를 우선 검토한다. 운영자는 실제 장비의 큐·분류·가상 시간·근사·동률·패킷 길이·버퍼 조건을 확인한다.

작은 계산에서는 시작 태그를 이전 완료와 도착 가상 시간의 큰 값으로 정하고 길이/가중치를 더한다. WQ-1의 250·1,000·1,000·2,000 순서로 B1·A1·B2·A2를 전송한다. 물리 완료는 별도 길이/링크율로 계산한다. 이미 시작된 패킷은 비선점이므로 1Mb/s에서 1,500바이트를 보내는 12ms 같은 대기 요인이 남는다.

시험에는 두 큐 포화, 한 큐 비움·재진입, 가변 길이, 과부하·버퍼 초과, 분류 조작, 장애 후 잔존 용량을 포함한다. 같은 출력 경계의 바이트 처리량·대기 분포·폐기와 종단 응답을 나누어 관측한다. 지속적인 입력 초과는 용량·수락·셰이핑·유예 작업의 제한으로 함께 다루고 스케줄러만으로 해결됐다고 하지 않는다.

설정·부하·측정 방식과 허용 기준을 사전에 고정하고 주요 업무의 지연·폐기 기준을 충족하지 못하면 원인과 적용 범위를 조정한다. 패킷별 작은 시험의 성공을 실제 장비·모든 경로의 승인으로 바꾸지 않는다. 변경 책임자와 되돌림·관찰을 네트워크의 요구-결정-검증 기록에 연결한다.

자기교정과 조건 변경

WQ-1에서 B 가중치를 1로 바꾸면? 바뀐 가중치·가상 시간·링크율 중 무엇이 입력인지 표시하고 계산한다.

WFQ 조건 변경 풀이와 교정

B1 태그는 500, B2는 2,000이다. 동률 A 우선이면 B1→A1→A2→B2이며 완료 시각은 0.5·1.5·2.5·4초다. 원래 가중치 2의 순서를 그대로 쓰지 않는다.

태그 식과 물리 전송시간을 따로 확인한다.

쉬던 A의 이전 완료 태그가 1,000이고 새 패킷 도착의 가상 시간이 2,000, 길이 500바이트·가중치 1이면? 바뀐 가중치·가상 시간·링크율 중 무엇이 입력인지 표시하고 계산한다.

WFQ 조건 변경 풀이와 교정

시작은 max(1,000,2,000)=2,000, 완료는 2,500이다. 이 문제는 V(a)를 주어진 값으로 제공한다. 실제 시계 2,000초라고 해석하거나 이전 태그에만 더해 1,500으로 계산하지 않는다.

태그 식과 물리 전송시간을 따로 확인한다.

원래 가중치 A=1, B=2를 유지한 두 흐름이 모두 계속 대기하지만 링크가 6Mb/s로 줄면? 바뀐 가중치·가상 시간·링크율 중 무엇이 입력인지 표시하고 계산한다.

WFQ 조건 변경 풀이와 교정

이상적 몫은 A 2Mb/s·B 4Mb/s다. 기존 요구가 4·8Mb/s를 필요로 했다면 더 이상 충족하지 못한다. 스케줄러의 비율을 유지했다는 이유로 용량 저하를 성공으로 보고하지 않는다.

태그 식과 물리 전송시간을 따로 확인한다.

출처와 현행성 메모

네트워크 설계의 불변 원리와 각 표준 동작은 RFC·국제표준 등 공식 1차 출처의 구체 절을 claim 장부와 연결한다. 표준이 아니라 편집 종합인 설계 절차와 비교축은 그 사실을 별도로 표시한다. 제품·사업자 기능, 이동 중인 표준, 규제·정책은 기준일을 붙이고 현재 본문에서 확인되지 않은 주장은 포함하지 않는다.

이 출처 확인은 제품 실행이나 독립 검증의 완료를 뜻하지 않는다. 스냅샷 자동검증과 AI 원문 대조는 사람 기술검토·권리검토를 대신하지 않는다.

추가 FIFO/WFQ 계산·변경조건은 별도 유한 산술로 대조했다. FIFO/WFQ 보완은 기존 정식 설명 입력에 연결되어 있지만, 실제 라우터·시뮬레이터·성능시험·기출 원문 이미지 재검수·공식 군집 승인·독립 감수 완료를 뜻하지 않는다. 기존 NCD 주장과 원 관찰일·출처 등록부는 내용 보완만으로 갱신하지 않는다.

30초 정리

• 네트워크 설계는 장비 선정이 아니라 요구를 검증 가능한 전달 구조로 바꾸는 과정이다.
• 정상·첨두·장애 흐름을 먼저 고정하고 논리·물리·trust·failure boundary를 포갠다.
• 주소는 겹치지 않게 나누고 집약·성장·IPAM을 함께 설계한다.
• 라우팅은 도달성, metric·policy, 수렴과 경로 대칭을 분리해 검증한다.
• QoS는 유한한 자원을 차등 배분할 뿐 대역폭을 만들지 않는다. FIFO의 도착 순서와 WFQ의 가중 전송량·태그 순서를 구별한다.
• 이중화 수량보다 독립성·잔존 용량·장애조치 전 과정이 중요하다.
• 기술사 답안은 요구 → 결정 → 실패통제 → 시험을 표와 도식으로 연결한다.

Footnotes

1. IETF, RFC 7806, On Queuing, Marking, and Dropping (April 2016), §§2.1~2.2·3의 흐름·전송 단위·FIFO·work-conserving 및 스케줄링과 표시/폐기의 구별. https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7806.html . 2026-09-20 해당 HTML을 대조했다. Informational 문서이며 WFQ 장비의 강제 설정이나 종단 SLA 인증으로 사용하지 않는다. ↩ ↩² ↩³ ↩⁴ ↩⁵

2. Hui Zhang 연구팀, Packet Approximation of Fluid System, 공개 HFSC 발표의 패킷 완료 순서·가상 시간 설명. https://www.cs.cmu.edu/~hzhang/HFSC/TALK/tsld018.htm . 2026-09-20 공개 원문을 확인했다. 정확한 발표일을 관찰일로 대체하지 않고 최신 장비 사양으로 사용하지 않는다. ↩

3. Simon Fraser University Communication Networks Laboratory, Weighted Fair Queuing (WFQ), 공개 연구 발표의 완료 태그 식과 가변 길이 패킷 설명. https://www.sfu.ca/~ljilja/cnl/presentations/nazy/nazy_thesis/tsld017.htm . 2026-09-20 HTML 식 max(이전 완료,가상 시간)+길이/가중치를 확인했다. 원문 예제·이미지를 복제하지 않았으며 WQ-1·WQ-G1의 자료와 설계는 자체 작성이다. ↩