토폴로지(topology)

■ 토폴로지 개요

 

Topology(위상수학(位相數學) : 그리스어에서 위치를 뜻하는 토포스(topos)와 학문을 뜻하는 로고스(logos)로 만들어진 단어

 

요한 베네딕트 리스팅(Johann Benedict Listing, 1808~1882) 정의 : “공간 속의 점·선·면 및 위치 등에 관하여, 양이나 크기와는 별개의 형상이나, 위치 관계를 나타내는 법칙을 연구하는 학문”

 

사전적 의미 : 체계적인 분류, 위상 배치

일반적인 의미 : 물리적인 배치의 형태로 이루어진 어떤 현장의 종류를 설명
통신 네트워크에서의 의미 : 노드들과 이에 연결된 회선들을 포함한 네트웍의 배열이나 구성을 개념적으로 표현한 것

 

그럼 통신 네트워크 측면에서 토플로지에 대해 정리하도록 하겠습니다. 

 

먼저, 네트워크란, 상호간에 정보를 교환할 수 있도록 유선, 무선을 통하여 연결된 형태를 말합니다. 

그럼 네트워크 토플로지는 컴퓨터 네트워크에 참여하는 요소(링크, 노드)들의 배치형태, 망구성 방식을 의미합니다. 

 

네트워크 토플로지는 물리적 토플로지와 논리적 토폴로지로 구분합니다. 

물리적 토플로지는 노드, 링크와 같은 네트워크를 구성하는 요소들의 배치에 의해 결정됩니다. 

 

논리적 토폴로지는 노드들 사이의 데이터 흐름에 따라 결정됩니다. 

 

 

예를 들어, 위 그림과 같이 네트워크가 물리적으로 연결되어 있고

붉은색 화살표와 같이 데이터가 순차적으로 흐른다면

물리적 토폴로지는 성형(star)이고,

논리적 토폴로지는 링형(Ring)이 됩니다. 

 

■ 토폴로지 종류

 

그럼 토폴로지 종류에 대해 설명드리겠습니다. 

네트워크 구성방식(Topology)에 따라 Star, Bus, Ring, Mesh, 성형, 망형, 버스형, 환형, 나무형 등이 있다.

 

Bus Topology(버스) 형(= Line (선형))

- 하나의 통신회선에 여러 컴퓨터를 연결해서 전송하는 방법으로,
- 신호와 관련이 있는 장치들만이 그들에게 주목하고, 그 외의 장치들은 그 신호를 무시
즉, 본래의 신호에 코드화되어 있는 주소와 일치하는 주소를 가진 컴퓨터만이 반응함
- 간선과 각 단말 장치와의 접속은 간단한 접속장치를 붙이는 것으로 가능
- 서로 가까운 거리의 장치들을 연결할 때 적절

 

장점

- 한개의 통신 회선에 장치가 여러대 연결되어 있는 간단한 구조
- 장치(컴퓨터)의 추가와 제거가 매우 용이
- 장치(컴퓨터)가 고장나더라도 전체 통신망에 영향을 주지 않아 신뢰성이 높음
- 가장 적은양의 케이블 사용
- 비용이 적게 듦

 

단점

- 장애가 발생 시에 발생지의 위치 추적이 어렵고

- 버스의 연결 부위나 종단 장치에 문제가 발생하면 전체 네트워크가 중단됨

즉, 단선 등 단순한 장애가 전체 네트워크에 영향을 준다.

- 한번에 한 컴퓨터만 전송할 수 있으며, 연결된 컴퓨터의 수에 따라 네트워크 성능이 좌우됨

- 거리 제약이 심함

 

■ Ring Topology(링) 형

- 컴퓨터를 하나의 원을 이루도록 연결하며, 각 장치는 고유한 주소를 가지게 되며
- 케이블로 고리(loop)를 형성하고, 이 고리에는 네트워크 장비들을 설치
- 정보흐름(신호)은 단방향(시계방향)으로 원을 따라 흐르게 되고

- 개별 컴퓨터들이 리피터처럼 신호를 강화하여 다음 컴퓨터로 전송함

- 인접한 노드와 연결되어 원형을 이루는 형태임

- 각 노드는 데이터의 송수신을 제어하는 엑세스 제어논리(토큰)을 보유
- Token Passing(토큰 패싱)이라는 방법을 통해 데이터를 전송

- 장애 발견시 데이터가 왔던 경로로 되돌아감

 

 

장점

- 모든 장비에 똑같은 접속기회를 제공

- 단방향 통신으로 신호 증폭이 가능하여 거리 제약이 적음

- 네트워크 전송상의 충돌이 없고
- 노드의 숫자가 증가해도 전체적인 성능의 저하가 적음

 

단점

- 버스 방식보다 많은 양의 케이블을 사용하므로 설치비용이 비쌈

- 하나의 컴퓨터에 이상이 발생하면 전체 네트워크에 문제가 생긴다.

- 노드의 추가 삭제가 용이하지 않음

- 노드의 문제가 발생했을 경우에 전체 네트워크가 중단될 수 있음
즉, 장애가 복구 될 때까지 데이터가 loop를 벗어나지 못함

 

■ Star Topology(성형)

- 중앙집중식 구조를 가짐
즉, 중앙에 위치한 주 노드(허브라는 중앙장치)에 연결된 케이블로 다른 노드(컴퓨터)들을 연결

- 송신 컴퓨터가 전송한 신호는 허브를 통해 네트워크의 모든 컴퓨터로 보내짐
- Point to point 방식으로 회선을 연결하며, 모든 장치들은 중앙 컴퓨터를 통해서만 데이터를 교환
- 장치가 고장나더라도 다른 장치에 영향을 주지 않음
단, 중앙 컴퓨터가 고장이 나면 전체 통신망이 멈추게 됨

 

 

장점
- 중앙에 허브를 두고 컴퓨터가 별 모양으로 연결되어 있어 설치와 재구성이 쉬움
- 장애 발견이 쉬움
- Network 관리가 쉬움
- 하나의 장애가 다른 네트워크 장비에 영향을 주지 않음

 

단점
- HUB가 고장났을때 전체 Network에 충돌이 일어남
- 많은 양의 케이블을 사용하므로 설치비용이 비쌈

 

 

■ Mesh Topology(망, 그물형)

- 네트워크상의 모든 노드를 상호 연결

- 모든 지점의 장치를 서로 연결한 형태로 연결성이 높으며

- 많은 장치와의 통신양이 많을때 유리하며

- 회선에 문제가 생겼을 때 다른 경로를 이용해 데이터를 전송할 수 있음
즉, 각각의 네트워크 장비는 두 개 이상의 선로를 보유하면서 같은 네트워크에 속해있는 다른 네트워크 장비에 연결
- 통신선로의 총길이가 가장 긴 네트워크 구조
- 초기 데이타 통신 네트워크의 전형적인 형태
- 공중통신망에 많이 사용
- 컴퓨터들이 각각 1대 1로 연결되어 그물 모양을 이루며 안정적임

 

 

 

장점
- 장애에 가장 강하고 가장 안전함

- 목적지까지 여러 개의 경로가 존재하기 때문에 한곳에 장애가 생겨도 다른 경로를 통해 데이터를 전송

- 목적지까지 여러 개의 경로중 가장 빠른 경로를 이용하기 때문에 가용성과 효율성이 뛰어남

 

단점 :
- 여러 토폴리지 가운데 설치 비용이 가장 비쌈

- 네트워크 관리가 힘들다.

즉, 규모가 큰 네트워크라면 항상 관리해야 할 엄청난 양의 네트워크 회선과 장비의 상태 

 

 

■ 트리형 (Tree Topology)  계층형, 분산형
- 중앙 컴퓨터와 일정 지역의 단말장치까지는 하나의 통신 회선으로 연결
- 이웃하는 단말장치는 일정 지역 내에 설치된 중간 단말장치로부터 다시 연결

- 접속되는 단말기의 숫자에 맞는 통신장비 이용이 가능
- multipoint 데이터 통신망

- 분산처리시스템을 구성하는 방식

- 하나의 노드에 여러개의 노드가 트리형으로 연결되어 있는 형태

- 데이터는 양방향으로 모든 노드에 전송

- 실제 사용하는 허브의 사용 방식

 

 

 

장점

- 통신 회선수 절약과 통신선로가 짧음

- 네트워크 확장 용이

 

단점

- 상위 노드 문제시 하위 노드 모두에 영향 미침

- 중앙 지점에서 병목현상 발생 가능

- 중앙 지점 고장 발생 시 네트워크 마비

 

■ 전체 비교

	장점	단점
버스	저렴하고 사용하기 편함 매체가 간단하고 믿을만함	트래픽이 많을 경우, 네트워크 속도가 떨어짐 이상발생시 원인 파악이 어려움 케이블 단선시 해당 라인에 영향이 미침
링	모든 컴퓨터에 대한 동등한 액세스 사용자가 많은 경우에도 성능이 우수함	컴퓨터 하나의 문제에 네트워크 전체가 다운 가능성 있음 문제의 원인을 찾기가 어려움 네트워크 재구성시 운영이 중단됨
스타	컴퓨터 교체나 추가가 용이함 감시와 관리의 집중화 컴퓨터 하나에 문제가 생겨도 전체 네트워크에 영향이 미치지 않음	중앙 장치가 다운될 경우 네트워크 전체에 문제가 발생함