네트워크 토폴로지(Network Topology)

 네트워크 토폴로지는 컴퓨터, 프린터, 네트워크 장치 등이 어떻게 연결되고 또 어떻게 구성되어 있는지를 정의하는 것입니다. 이는 데이터 전송 경로를 비롯한 전송 매체와 장치들의 배치에 대한 것으로 네트워크의 성능, 확장성, 관리용이성 등에 영향을 미칩니다.

 

 네트워크 토폴로지는 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지로 나눌 수 있습니다. 물리적 토폴로지(Physical Topology)는 케이블과 같은 전송매체, 장치의 물리적 배치 등 실제 네트워크 구성 요소를 나타냅니다. 반면 논리적 토폴로지는 네트워크 내에서 데이터가 어떻게 전송되는지를 나타냅니다.

 

네트워크 토폴로지의 유형

 

 일반적으로 사용하는 네트워크 토폴로지에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

 

1. 버스 토폴로지(Bus Topology)

 

 대개 선형 버스(linear bus)라고 불리는 버스 토폴로지(bus topology)는 하나의 케이블을 이용하여 모든 장치를 연결합니다. 이 케이블은 버스 노선도에서 볼 수 있는 것과 같이 한 컴퓨터와 이웃 컴퓨터를 연결하는 식으로 전체 컴퓨터를 연결합니다. 단점으로 장치가 많아지면 데이터 충돌이 발생할 가능성이 높아집니다.

 

 물리적인 버스 토폴로지에서 주 케이블 세그먼트는 신호가 케이블의 마지막 부분에 도달했을 때 이를 흡수할 수 있는 터미네이터로 끝내야 합니다. 터미네이터가 설치되어 있지 않으면 데이터를 표현하는 전기 신호는 매체 종단부에서 반향되어 네트워크에 오류를 발생하기 때문입니다.

 

버스 토폴로지 Bus Topology

 

2. 링 토폴로지(Ring Topology)

 

 링 토폴로지는 LAN 연결에 있어서 또 하나의 중요한 토폴로지입니다. 링 토폴로지는 이름이 의미하듯 호스트들이 링 또는 원형으로 연결됩니다. 링 토폴로지는 물리적인 버스 토폴로지와는 달리 터미네이터를 필요로 하는 시작점 또는 종단점을 가지지 않습니다.

 

 데이터는 논리적인 버스 토폴로지와는 다른 방식으로 전송됩니다. 프레임은 매 노드를 방문하면서 링을 따라 일주합니다. 어떤 노드(node)가 데이터를 다른 노드에 전송하려 한다면, 해당 노드는 목적지 주소와 함께 데이터를 프레임에 첨부합니다. 이렇게 만들어진 프레임은 목적지 노드에 도착할 때까지 링을 따라 진행하고, 목적지 노드에 도착했을 때 프레임에서 데이터를 추출합니다. 이와 같은 유형의 토폴로지를 사용할 때 이점은 데이터 패킷의 충돌이 전혀 발생하지 않는다는 것입니다. 하지만 최악의 경우에 데이터가 모든 장치를 순회해야 하는 단점이 있습니다.

 

링 토폴로지 Ring Topology

 

 링 토폴로지는 단일 링, 이중 링의 두 가지 유형이 있습니다.

 

 단일 링에서는 네트워크 내의 모든 장치가 단일 케이블을 공유하며 데이터는 한 방향으로만 전송됩니다. 링의 각 장치는 네트워크에 데이터를 전송할 차례를 기다립니다. 대부분의 단일 링 토폴로지는 사실상 스타 토폴로지로 연결됩니다.

 

 이중 링은 2개의 링이 존재하며 데이터는 양방향으로 전송 가능합니다. 이러한 구성은 여분의 링으로 장애 허용(fault tolerance) 기능을 제공하여 하나의 링에 문제가 발생할 경우 다른 링을 통하여 데이터를 전송할 수 있게 해줍니다. 또한 2개의 링이 모두 고장날 경우에는 문제가 발생한 부분을 숨기는 랩(wrap) 구조로 변환하여 토폴로지를 복구할 수 있습니다.

 

3. 스타 토폴로지(Star Topology)

 

 스타 토폴로지(star topology)는 이더넷 LAN에서 일반적으로 가장 많이 사용되는 물리적 토폴로지입니다. 스타 토폴로지를 구현했을 때의 모습은 자전거 바퀴의 바퀴살과 유사합니다. 스타 토폴로지는 허브, 스위치 또는 라우터와 같은 장치가 위치하는 중앙 연결점으로 구성되며, 이 중앙 연결점에 모든 케이블링 세그먼트들이 연결됩니다. 네트워크 내의 모든 호스트는 각각 자신의 케이블을 가지고 중앙 장치에 연결됩니다.

 

스타 토폴로지 Star Topology

 

 스타 토폴로지가 비록 버스 토폴로지에 비해 구현 비용이 더 들기는 하지만 스타 토폴로지의 이점을 생각할 때 이러한 추가 구현 비용은 충분한 가치가 있습니다. 각각의 호스트는 자신만의 케이블을 가지고 중앙 장치에 연결되기 때문에 이 케이블에 문제가 발생할 경우 단지 해당 호스트만 영향을 받을 뿐 네트워크의 다른 부분은 정상적으로 동작합니다. 이와 같은 스타 토폴로지의 이점은 매우 중요하며, 이것이 새로 설계되는 거의 모든 이더넷이 물리적인 스타 토폴로지로 구현되는 이유이기도 합니다.

 

 

 

 중앙 연결점은 보안과 접근 제한 기능의 구현을 위한 바람직한 구성이기는 하지만 동시에 스타 토폴로지의 큰 단점으로도 작용합니다. 중앙 장치에 장애가 발생하면 네트워크 전체의 연결에 문제가 생기게 됩니다.

 

 스타 네트워크가 주 네트워크 장치에 연결되는 또 다른 추가 네트워크 장치를 포함하도록 확장된 경우를 확장 스타 토폴로지(extended-star topology)라고 합니다.

 

4. 계층 토폴로지(Hierarchical Topology)

 

 계층 토폴로지(hierarchical topology)는 확장 스타 토폴로지와 유사한 형태로 구성됩니다. 확장 스타 토폴로지에 비해 크게 다른 점은 계층 토폴로지에서는 중앙 노드를 사용하지 않고 대신 트렁크 노드(trunk node)를 사용하여 이곳에서 다른 노드들과 연결한다는 것입니다. 계층 토폴로지에는 두 가지 유형의 트리 토폴로지가 존재합니다. 각각의 노드가 2개의 링크로 분할되는 바이너리 트리와 백본 트렁크로부터 링크를 이용하여 브랜치(branch) 노드를 연결하는 백본 트리가 있습니다.

 

계층 토폴로지 Hierarchy Topology

 

5. 메시 토폴로지(Mesh Topology)

 

 완전 메시 토폴로지(full-mesh topology)는 중복성(redundancy)과 장애 허용(fault tolerance)을 목적으로 모든 장치(노드)들을 상호 연결한 네트워크 형태입니다. 완전 메시 토폴로지에서의 배선 방법은 장점과 단점을 모두 가지고 있습니다. 장점은 모든 노드가 서 로 물리적으로 연결되어 있어 완전한 중복성이 제공된다는 것입니다. 임의의 어떤 링크가 고장 나더라도 많은 다른 정상적인 링크를 통하여 정보를 목적지까지 전달할 수 있습니다. 즉, 네트워크의 신뢰도가 높습니다.

 

 반면, 주요 단점으로는 적은 수의 노드를 가진 네트워크라도 링크 구성을 위하여 필요한 매체의 양과 링크 내의 연결 수가 과도하게 많아진다는 것입니다. 이는 구현이 어렵고 비용이 많이 드는 문제를 발생시킵니다. 완전 메시 토폴로지는 대개 WAN의 라우터 간에 구현됩니다.

 

 부분 메시 토폴로지(partial-mesh topology)는 적어도 하나의 장치가 완전 메시 형태가 아닌 다중 연결 형태로 다른 장치와 연결을 유지하는 네트워크 연결 형태입니다. 부분 메시 토폴로지는 몇몇의 대체 경로를 제공함으로써 중복성을 지원합니다. 만약 한 경로를 사용할 수 없게 되면 데이터는 아무리 멀더라도 다른 경로를 통해 전송이 가능합니다. 부분 메시 토폴로지는 인터넷뿐만 아니라 많은 백본 네트워크의 구성 시 사용합니다.

 

메시 토폴로지 Mesh Topology

 

6. 논리적 토폴로지(Logical Topology)

 

 논리적 토폴로지(logical topology)는 데이터를 전송하기 위한 호스트의 매체 접속 방법을 말합니다. 대표적인 두 가지 논리적 토폴로지 유형은 브로드캐스트와 토큰 전달(token passing)입니다.

 

 브로드캐스트 토폴로지는 단순히 각각의 호스트가 네트워크 매체에서의 특징 NIC나 멀티 캐스트 주소 또는 브로드캐스트 주소로 데이터를 전송하는 것을 의미합니다. 컴퓨터는 네트워크 자원을 사용하기 위해서 지켜야 할 어떠한 규칙도 없으며, 서비스는 FCFS(first come first serve) 기반으로 이루어집니다.

 

 

 

 두 번째 논리적 토폴로지인 토큰 전달은 각각의 호스트에 순차적으로 전자 토큰을 건네주는 식으로 호스트의 네트워크 접속을 제어합니다. 토큰을 받은 호스트는 네트워크 내에 데이터를 전송할 수 있습니다. 전송할 데이터가 없는 호스트는 다음번 호스트에게 토큰을 전달하고, 앞서 설명한 과정이 반복됩니다. 토큰 전달 토폴로지를 사용하는 두 가지 대표적인 네트워크는 토큰 링(token ring)과 FDDI이며, 두 네트워크 모두 물리적 링 토폴로지에서 토큰을 전달합니다.

 

 

 이상으로 다양한 토폴로지 유형을 살펴보았습니다. 각 토폴로지마다 장단점이 있으므로 네트워크의 규모, 목적, 예산 등에 따라 적합한 토폴로지를 선택하도록 해야 합니다.