2.1.2. 네트워크 토폴로지와 병목 현상

네트워크 토폴로지 (Network Topology)

네트워크 토폴로지(Topology 분류, 위상 배치)는 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태

버스 토폴로지 (Bus Topology)

중앙 통신 케이블 하나에 여러 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말하며 근거리 통신망(LAN)에서 사용 → 하나의 케이블에 모든 호스트(host)들을 연결해야 하기 때문에 T 커넥터를 사용

• 예시
  • 이더넷(ethernet) 네트워크
    • 모든 컴퓨터가 하나의 케이블에 연결되어 동일한 데이터 버스 상에서 직접 통신하는 방식으로 구성됨
    • 최근에는 이더넷 망을 구성하는 것보다는 스위치 기반의 구조가 일반적이 되어, 스타 토폴로지나 링 토폴로지 등 다른 구조가 많이 사용되고 있음

• 장점
  • 구축이 쉽고, 하나의 케이블에 연결되기 때문에 설치비용이 저렴하고 신뢰성이 우수함
  • 한 컴퓨터에 문제가 생겨도 다른 컴퓨터간의 데이터 통신에 영향을 주지 않음
  • 관리와 확장이 쉬움
• 단점
  • 케이블에 문제가 생기면 모든 네트워크에 영향을 줌
  • 동시에 컴퓨터간의 통신이 불가능함
  • 문제 처리가 어렵고 시간이 오래 걸림 (→ 어떤 장치에 문제가 생겼는지 모르기에 일일이 찾아봐야 함)
  • 스푸핑 문제

스푸핑 (Spoofing)

네트워크에서 발생하는 보안 기법 중 하나로, LAN 상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련 없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것, 즉 다른 사용자나 시스템으로 가장하는 것을 의미한다. 스푸핑 공격을 수행하면, 공격자는 일반적으로 다른 사용자의 IP 주소, MAC 주소, 이메일 주소, 웹사이트 URL 등의 신원 정보를 변조하여, 자신이 원하는 대상에게 보이도록 만듦.

ex) 이메일 스푸핑 → 이메일의 송신자 정보를 변조하여 다른 사람으로 가장. 이를 통해 공격자는 이메일의 수신자를 속여, 악성 코드를 실행하도록 유도하거나, 개인 정보를 요구하는 피싱 사이트로 연결시키는 등의 공격을 수행할 수 잇음

ex2) IP 스푸핑 → 자신의 IP 주소를 가장하지 않고 다른 사용자의 IP 주소를 사용하여 공격을 수행. 이를 통해 공격자는 IP 주소를 이용한 인증 기능을 우회하거나, 무차별적인 DDoS 공격 등을 수행할 수 있음.

일반적으로 스푸핑 공격은 보안 기술을 우회하는 데 사용되므로, 네트워크 보안을 강화하는 데 매우 중요한 문제 중 하나임.

트리 토폴로지 (Tree Topology)

계층형 토폴로지라고도 하며 트리 형태로 배치한 네트워크 구성 → 버스형 토폴로지를 변형한 형태로 하나의 노드에 여러 개의 노드가 트리형으로 연결되어 있고, 양방향으로 모든 노드에게 데이터를 전송

• 장점
  • 노드의 추가, 삭제 등 네트워크의 확장이 쉽고 관리가 편함
  • 통신 선로가 짧고, 통신 회선 수가 절약됨
• 단점
  • 상위 노드에 트래픽이 집중되거나 문제가 생기면 하위 노드 모두에게 영향이 끼침
  • 네트워크 확장이 많아지면 트래픽이 집중되기도 함

스타 토폴로지 (Star Topology)

스타(star, 성형) 토폴로지는 중앙에 있는 노드를 중심으로 모든 노드들이 point-to-point 방식으로 직접 연결된 네트워크 구성으로 중앙의 노드에서 다른 노드들을 모두 제어한다.

예시) 와이파이 공유기 → 중앙 집중적인 Hub(공유기)가 여러 개의 기기에 직접 연결되어 있는 형태로, 각 기기는 공유기와 직접적으로 통신한다.

• 장점
  • 네트워크의 확장과 유지보수가 쉽다.
  • 장애를 발견하기 쉽고, 그 장애를 빠르게 처리할 수 있으며 장애가 일어난 지점이 중앙 노드가 아니라면 다른 노드에 끼치는 영향이 적다.
  • 호스트(Host)가 중앙에 집중되어 관리가 편하다.
• 단점
  • 중앙 노드에 집중되어 있기 때문에 중앙 노드에 장애가 발생하면 전체 시스템이 마비된다.
  • 사용자가 많아지면 트래픽이 증가되어 속도가 저하된다.
  • 설치 비용이 고가이다.

링형 토폴로지 (Ring Topology)

버스형 토폴로지와 마찬가지로 하나의 케이블에 네트워크 상의 모든 컴퓨터가 연결됨. 서로 이웃하는 노드들끼리 연결되어 고리 구조를 형성하여 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식.

• 장점
  • 버스형 토폴로지와 같이 하나의 케이블에 연결되므로 설치 비용이 저렴하다.
  • 똑같은 접속 기회를 제공하기 때문에 노드 수가 증가되어도 데이터 간의 충돌이 발생하지 않고 고장을 쉽게 찾을 수 있음
  • 토큰(token) 패싱을 통해 패킷의 충돌을 방지할 수 있다.
  • 넓은 지역에 구축이 가능하다.
• 단점
  • 통신의 효율성이 낮고 네트워크 구성의 변경이 어려움
  • 한 노드에, 혹은 케이블에 문제가 생기면 전체 네트워크에 큰 영향을 끼침
  • 넓은 지역에 구축이 가능하지만 때문에 비용이 많이 든다.

💡 Token → Ring Topology에는 토큰이라는 것이 존재한다. 이 토큰을 잡은 사람이 먼저 데이터 전송을 할 수 있고, 데이터 전송이 끝난 후에 토큰은 다른 사람에게 넘어간다.

메시 토폴로지 (Mesh Topology)

망형 토폴로지라고도 하며 노드들이 그물망 형태로 상호 연결된 형태, 즉 모든 네트워크와 컴퓨터가 개별적으로 연결된 구조이다. 고신뢰성, 고성능, 확장성이 요구되는 네트워크에서 많이 사용됨.

예시) 인터넷 백본(Backbone) 네트워크나 통신망, 무선 메쉬 네트워크 → 도시 내에서의 지능형 교통, 재난 대응, 보안 등의 분야에서 사용

• 장점
  • 특정 통신 회선에 문제가 생겨도 다른 경로로 데이터 전송이 가능하여 신뢰성을 보장할 수 있음
  • 트래픽 분산 처리가 가능
  • 가용성이 높고, 효율성이 좋음
• 단점
  • 노드의 추가가 어렵고 네트워크 관리, 설치, 재구성이 어려움
  • 많은 링크를 사용하기 때문에 구축 비용과 운영 비용이 높음

병목 현상 (Bottleneck)

네트워크 토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문이다. 병목 현상이란 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성요소로 인해 제한을 받는 현상을 말한다. 예를 들어 병의 몸통보다 목 부분 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유할 수 있다. 서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고, 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목 현상이 생겨 사용자는 웹사이트로 들어가지 못한다.