[CS] 네트워크 토폴리지(Network topology)의 개념 및 종류

Janet·2023년 6월 27일

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1. 네트워크 토폴리지의 개념

Network topology: 네트워크를 설계할 때 고려하는 네트워크의 구성으로, 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태를 의미한다.
- cf. topology의 사전적 의미: 체계적인 분류, 위상 배치

2. 네트워크 토폴리지의 중요성

네트워크 구조(토폴리지)가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문이다.
- cf. 병목(bottleneck) 현상
  - 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한 받는 현상을 말한다.
  - 예시로 병의 몸통보다 목 부분이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유할 수 있다.
  - 서비스에서 이벤트를 열었을 때 많은 트래픽이 생기고 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹 사이트로 들어가지 못한다.

3. 네트워크 토폴리지의 종류

3-1. 트리 토폴리지(Tree topology)

계층형 토폴리지라고도 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성이다.
특징: 노드의 추가, 삭제가 쉬우며 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있다.

3-2. 버스 토폴리지(Bus topology)

중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성이다.
특징: 근거리 통신망(LAN)에서 사용한다. 설치 비용 적고, 신뢰성 우수하며, 노드를 추가하거나 삭제하기 쉬움. 그러나 스푸핑이 가능한 문제점이 있다.
- cf. 스푸핑: LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것을 말한다.
  - 스우핑 적용 전: 송신부 → 수신부
  - 스우핑 적용 후: 송신부 → 악의적인 노드 → 수신부
버스형 토폴로지의 통신방법: CSMA/CD
- CSMA/CD의 개념
  - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지)는 반이중화 통신 중 하나로 장치에서 데이터를 보내기 전에 캐리어 감지 등으로 사전에 가능한 한 충돌을 방지하는 방식이다.
  - LAN의 통신 프로토콜의 종류 중 하나이며, 이더넷(Ethernet) 환경, 지금은 거의 사용하지 않지만 Bus topology 형태로 구성된 네트워크 등에 사용된다.
  - 만약 데이터를 보낸 이후 충돌이 발생하면 일정 시간 이후에 재전송한다. 이는 수신로와 송신로를 각각 두지 않고 한 경로를 기반으로 데이터를 보내기에 충돌에 대비가 필요하기 때문이다.
- CSMA/CD의 구성
  - CS (Carrier Sense) : 반송파 감지 (통신 회선이 사용중인지 체크)
  - MA (Multiple Access) : 다중 접속 (통신 회선이 비어있는지 체크)
  - CD (Collision Detection) : 충돌탐지 (충돌을 감지 하였는지 체크)
- CSMA/CD의 동작 과정
  1. 데이터를 송신하기 전에 무선 매체를 살핀다.
  2. 캐리어 감지: 회선이 비어 있는지를 판단한다.
  3. 랜덤 값을 기반으로 정해진 시간만큼 기다리며, 만약 무선 매체가 사용 중이면 점차 그 간격을 늘려가며 기다린다.
  4. 이후에 데이터를 송신한다.

3-3. 스타 토폴리지(Star topology)

중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성이다.
특징: 노드를 추가하거나 에러를 탐지하기 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성이 적다. 또한 장애가 발생한 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향을 끼치는 것이 적다. 하지만 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크가 사용 불가능해지며 설치 비용이 고가이다.

3-4. 링형 토폴리지(Ring topology)

각각의 노드가 양 옆의 노드아 연결되어 전체적으로 고리 형태로 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 구성 방식이다.
특징: 노드 수가 증가돼도 네트워크상의 손실이 거의 없고, 충돌 발생 가능성이 낮으며 노드의 고장 발견을 쉽게 찾을 수 있다. 하지만 네트워크 구성 변경이 어렵고 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향을 크게 끼치는 단점이 있다.