중앙 통제 시스템과 분산 시스템

저번에 블록체인에 대해서 간단하게 알아보는 시간을 가졌었습니다. 중앙 통제 시스템과 분산 시스템에 대한 이야기를 간단하게 하고 블록체인의 전망과 현재 사용하고 있는 분야에 대해서도 간단하게 언급을 했었습니다. 오늘은 저번에 언급한 중앙 통제 시스템과 분산 시스템에 대해서 조금 더 자세히 알아보는 시간을 가져보려고 합니다.

어떤 소프트웨어 시스템을 구현하는 방법은 다양하지만 구성요소를 구조화하고 구성요소들 간의 관계를 어떻게 설정하느냐는 방법에 따라 크게 중앙 통제 방식과 분산 방식으로 나눌 수 있습니다. 중앙 통제 시스템에서는 구성요소들이 모두 하나의 중앙 요소에 연결되며 중앙 요소를 가운데 두고 나머지 요소들이 그 주위를 둘러싸고 있습니다. 반대로 분산 시스템에선느 시스템을 통제하거나 조정하는 요소없이 서로 연결된 네트워크 구조를 형성합니다.

위 사진은 픽사베이에서 블록체인이라는 단어를 통해서 검색한 이미지입니. 이미지를 보시면 각 원, 구성요소들은 서로서로 연결되어 있습니다. 중앙에서 통제해주는 요소가 없이 구성요소들끼리만 연결되어 있어서 이러한 시스템을 분산 시스템이라고 합니다. 모든구성요소와 직접적으로 연결된 것이 없지만 모든 구성요소들은 간접적으로 서로 완전히 연될되어 있다는 점이 눈여겨볼만한 점입니다.

위 그림은 알마인드라는 마인드맵을 만드는 프로그램을 이용해서 중앙통제 시스템을 간단하게 표현해본 이미지입니다. 알마인드는 마인드맵을 표현하는 프로그램으로 무료로 사용할 수 있는 프로그램입니다. 저는 예전에 알마인드로 부의 지도라는 마인드맵을 만들어 본적이 있습니다. 자신의 생각이나 계획등을 가시화하는 방법으로 알마인드를 이용해서 마인드 맵을 만들어 보는 것도 좋은 방법 중에 하나 인 것 같습니다. 어쨌든 위의 그림은 모든 구성요소가 하나의 중앙 요소와 연결되어 있는 중앙 통제 시스템을 보여주고 있습니다. 구성 요소 끼리는 직접적으로 연결되지 않고 오직 중앙 요소만 직접 연결되어 있습니다.

단일 컴퓨터와 비교할 때 분산시스테은 여러가지의 장점을 가지고 있습니다. 분산 시스템은 계산 능력이 더 뛰어나다는 장점을 가지고 있습니다. 서로 연결된 모든 컴퓨터의 계산 능력이 합쳐져서 발현되고 때문에 더욱 뛰어난 계산 능력을 발휘할 수 있습니다. 따라서 분산 시스템은 대부분 단일 컴퓨터보다 강력한 계산 능력을 가지고 있습니다. 두 번째로 컴퓨터, 기억장치, 디스크 공간, 네트워크 장비 등의 가격이 많이 떨어지고 있기 때문에 비용이 더 절감될 수 있습니다. 분산시스템은 여러 대의 컴퓨터로 구성되므로 초기 구성비용은 개별 컴퓨터보다는 많이 듭니다. 그러나 슈퍼컴퓨터를 제작하고 유지, 운영하는 비용과 비교하면 슈퍼 컴퓨터가 여전히 훨씬 더 많은 비용이 든다고 합니다. 분산시스템은 개별 컴퓨터가 교체될 때 전체 시스템에 별 영향을 끼치지 않는 다는 점까지 고려하면 더욱 더 비용을 절감한다고 볼 수 있습니다. 세 번째, 분산 시스템에서는 시스템을 구성하는 개별 컴퓨터가 고장나더라도 전체 네트워크는 문제없이 잘 작동합니다. 하나의 구성요소가 오작동하면 나머지 구성요소들이 그 일을 대신하기 때문에 분산 시스템은 단일  슈퍼컴퓨터보다 더 안정적이라고 볼 수 있습니다. 네 번째, 분산시스템을 여러대의 컴퓨터를 연결해서 계산능력을 높일 수 있다고 했습니다. 이러한 기능은 이용하면 시스템에 컴퓨터를 더 추가해서 손쉽게 전체 계산능력을 더 높일 수 있을 것입니다. 즉, 전체 시스템의 계산 능력을 점진적으로 증대 시킬 수 있어 계산 요구량이 점점 더 증가하는 조직에 적용하기 좋습니다. 그에 반해 단일 시스템의 계산 능력은 시스템을 더 강력한 컴퓨터로 대체하기 전까지는 동일합니다. 

단일 컴퓨터와 비교할 때 분산 시스템은 조정 오버헤드, 통신 오버헤드가 발생, 네트워크 의존도가 높고, 프로그램이 복잡해지고, 보안에 더욱 신경을 써야한다는 단점이 있습니다. 분산 시스템에는 구성요소들을 조정하는 중앙요소가 없기 때문에 구성요소들 스스로가 그 조정을 해야합니다. 그러나 모든 구성요소들이 서로 동등한 지위를 가지는 이 시스템에서는 그 조정이 쉽지 않을 뿐만 아니라 그 작업에 자원이 소모가 됩니다. 조정을 위해서는 서로의 소통이 필요합니다. 따라서 분산 시스템 내 각 컴퓨터들은 서로 통신을 주고 받습니다. 이로 인해 계산 능력의 일부가 통신 프로토콜 지원과 메시지의 송수신 및 처리에 소모가 됩니다. 결과적으로 이러한 일들 때문에 조정 오버헤드와 통신 오버헤드가 발생하게 되는 것입니다. 모든 통신에는 정보 전달을 위한 매체가 필요한데, 분산 시스템의 컴퓨터들은 네트워크를 통해 통신을 하게 됩니다. 그러나 거의 모든 네트워크에는 자체적인 결함과 장애 가능성이 내제되어 있게 마련이고, 이 점은 분산시스템을 구성하는 컴퓨터 사이에 통신과 조정에 영향을 끼친다고 합니다. 하지만 분산 시스템 자체가 통신으로 이루어지기 때문에 이러한 네트워크에 의존하는 일은 필수적인 일입니다. 단일 시스템에는 없는 조정, 통신, 네트워크 등의 추가적인 문제를 해결해야 하기 때문에 기술적으로 복잡해 지는 단점이 존재합니다. 데이터의 전송과 공유가 필수라는 점에서 우리는 보안에 취약하다는 점을 예측할 수 있을 것입니다.

블록체인이 탈중앙화 시스템이라는 것은 알아보았었고, 오늘은 그 중앙화 시스템과 분산시스템이라는 것이 어떤것인지를 간단하게 알아보았습니다. 블록체인이라는 것이 어떠한 것이며 우리 생활에 어떠한 이점을 가져도 줄지 또 한계는 어떠한 것인지 등도 점차 알아나갈 계획입니다. 본 포스팅은 '블록체인 무엇인가?'라는 책을 바탕으로 작성되었습니다. 궁금하신 분들을 책을 구하셔서 읽어 보셔도 좋을 것 같습니다.