네트워크의 물리적 구조 정리 (Physical Structures, topology)

당분간 네트워크 관련 포스팅을 많이 하게될 것 같아 컴퓨터 이론에 하위에 따로 네트워크 카테고리를 만들었습니다. 지난번에 계층에 대해서 알아보았으니 이번엔 네트워크가 어떤 형태로 구성되어 있는지 기본적인 구조를 몇 가지 알아보겠습니다.

 

 

네트워크는 통신이 가능한 장치들의 상호 연결을 말합니다. 여기서 말하는 장치는 컴퓨터도 될 수 있고, 휴대폰도 될 수 있고, 또는 보안 시스템과 같은 호스트들이 장치가 될 수 있습니다. 아니면 라우터나 스위치, 모뎀 같은 연결 장치들도 일종의 장치가 될 수 있습니다.

 

네트워크는 이러한 둘 이상의 장치들이 링크를 통해 서로 연결되어 있는 구조를 가지게 됩니다. 이 연결에는 두 가지 종류가 있는데 바로 점대점 구조(Point-to-point)와 점대다중점 구조(Multipoint), 흔히 멀티포인트, 멀티드롭이라고 부르는 형태가 있습니다. 

 

점대점 구조는 가장 단순한 형태의 망 구성 방식으로, 두 장치 사이의 전용 링크를 갖고 있는 1:1 연결 구조입니다. 장치 간의 실제 길이 만큼의 전선이나 케이블을 사용해서 유선으로 연결하거나, 전파나 위성 링크를 통해 무선으로 연결합니다. 선형 토폴로지(Linear Topology)라고도 부릅니다.

 

점대점 구조

 

점대다중점 구조는 두 개 이상의 특정 장치가 단일 링크를 공유하는 방식입니다. 1개의 노드가 다중의 여러 노드에게 방송이 가능한 구조를 갖고 있는데, 그 모양에 따라서 메쉬 토폴로지, 스타 토폴로지, 버스 토폴로지, 링 토폴로지 등으로 나뉩니다.

 

메쉬 토폴로지 (Mesh topology)

모든 장치들끼리 점대점으로 연결되어 있는 형태입니다. 따라서 노드(장치)의 갯수가 n이라고 했을때, 필요한 링크의 갯수는 n(n-1)개입니다. 쌍방향(duplex) 통신의 경우엔 n(n-1)/2 개의 링크가 필요합니다.

 

장점으로는 모든 노드와 연결되어 있기 때문에 트래픽 문제가 없고, 어지간해선 통신 불능이 일어나지 않는 견고하면서도 안전한 구조라는 점입니다. 또한 오류가 발생하더라도 쉽게 식별이 가능하고 격리시킬 수 있습니다.

 

단점으로는 말 그대로 모든 노드와 연결해야 하기 때문에 회선과 I/O 포트가 많이 필요하고, 설치하는데 비용과 노력이 많이 들어가게 됩니다.

 

초기 데이터 통신 네트워크의 전형적인 형태이고, 공중통신망에 많이 사용됩니다.

 

 

메쉬 토폴로지

 

 

스타 토폴로지 (Star topology, Hub and spoke)

각 장치에 허브(hub)라고 하는 중앙 컨트롤러에 대한 전용 점대점 링크가 있는 중앙집중식 망 구조입니다. 중앙에 연결된 허브가 데이터 경로를 개설하고 유도하는 역할을 합니다.

 

장점으로는 메쉬 토폴로지만큼 비싸지 않으면서도 안전성있는 연결 수준을 가진다는 점입니다.

 

단점으로는 모든 토폴로지가 하나의 장치인 허브에 의존한다는 점입니다. 허브에 문제가 생기게 되면 모든 장치의 연결이 정상적으로 이루어지지 않게 됩니다. 그리고 메쉬 토폴로지보다는 나은 수준이지만, 여전히 링과 버스 토폴로지와 비교하면 많은 케이블을 필요로 하게 됩니다.

 

주로 지역 네트워크 (LANs)에서 사용하는 방식입니다.

 

 

스타 토폴로지

 

 

버스 토폴로지 (Bus topology)

모든 장치가 하나의 간선을 공유하며 탭으로 연결되어 있는 형태입니다. 네트워크를 형태를 보면 하나의 긴 간선에 다른 장치들이 다닥다닥 붙어있는 모양을 하고 있습니다.

 

장점으로는 새로운 장치를 추가하기가 쉽다는 점입니다. 간선에 간단한 접속장치를 통해 장치를 연결하기만 하면 새 장치를 추가하는 과정은 끝입니다.

 

단점으로는 하나의 간선을 통해 모든 연결이 이루어지기 때문에 오류가 발생하더라도 발생한 장치를 찾거나 격리시키기가 어렵다는 점이 있습니다. 그런 이유 때문인지 요즘에는 잘 사용되지 않는 방식이지만, 전통적인 이더넷 LANs에서 많이 사용되었습니다.

 

여담이지만 군대에서 야전가설병으로 근무하며 가장 많이 사용했던 방식이기도 하네요. 버스 토폴로지라는 개념도 몰랐지만 자연스럽게 사용하고 있었다는게 신기하네요.

 

 

버스 토폴로지

 

 

링 토폴로지 (Ring topology)

각각의 장치가 하나의 큰 고리(Ring)에 연결되어 있는 모양의 토폴로지입니다. 링과 장치가 연결되어 있는 부분에는 리피터가 함께있고, 각각의 장치들은 토큰을 통해 데이터의 송수신을 제어하게 됩니다.

 

장점으로는 버스 토폴로지와 마찬가지로 새 장치를 추가하기가 쉽다는 점입니다. 오류가 발생하더라도 쉽게 찾아서 떼어낼 수도 있습니다.

 

단점으로는 링크가 단방향이기 때문에 트래픽이 한 쪽 방향으로만 흐를 수 있게 되고, 링에 문제가 생기게 된다면 전체 네트워크가 먹통이 될 수 있다는 점이 있습니다. 이런 부분을 극복하기 위해 이중 링이나 스위치를 사용하기도 합니다.

 

IBM이 개발한 토큰링(Token ring)이 대표적인 링 토폴리지의 예시입니다. 그러나 90년대 초반 이더넷이 등장하면서, 토큰링을 포함한 링 토폴로지는 요즘에는 잘 사용되지 않습니다.

 

링 토폴로지

 

 

이상으로 토폴로지의 종류를 알아보았습니다. 각 토폴리지들의 특징과 장단점을 잘 기억해두고 있다가 상황에 맞게 응용해서 사용하시면 되겠습니다.