1. 네트워크 토폴로지(Network Topology)

- 노드와 링크가 어떻게 배치되어 있는지에 대한 방식이자 연결 형태

- 즉, 네트워크에서 장치들이 어떻게 연결되어 있는지를 설명하는 개념이다

2. 네트워크 토폴로지의 종류

 

1. 물리적 연결 방식(Physical Topology) > 물리적 토폴로지

> 가장 대표적인 기준으로, 노드(장비)들이 실제로 어떻게 연결되어 있는지를 기준으로 나눈다

 

2. 데이터 흐름 방식(Logical Topology) > 논리적 토폴로지

> 데이터가 네트워크 내에서 어떻게 이동하느냐를 기준으로 나눈다

2-1. 버스 토폴로지(Bus Topology)

- 하나의 중심 케이블(중앙 통신 회선)에 모든 장치(여러 개의 노드)가 연결된 네트워크 구성

  • 구성: 직선형 케이블에 장치들이 줄줄이 매달린 구조
  • 장점:
    • 설치 비용이 적고 신뢰성이 우수
    • 노드를 추가하거나 삭제하기 쉬움
  • 단점:
    • 중심 케이블에 문제가 생기면 전체 네트워크가 마비
    • 트래픽이 많아지면 속도 저하
    • 스푸핑 가능
  • 사용 예: 근거리 통신망(LAN)

2-1-1. 스푸핑(Spoofing)

- 네트워크 보안에서 다른 사람이나 시스템인 척 하는 행위

- 즉, 공격자가 자신을 믿을 수 있는 존재로 가장해서 시스템을 속이는 방식

2-2. 스타 토폴로지(Star Topology)

- 모든 장비가 중앙 장치(허브 또는 스위치)에 연결된 네트워크 구성

  • 구성: 별 모양처럼 중앙에서 각 장비로 선이 뻗어 있음
  • 장점:
    • 노드 추가, 장애 탐지가 쉽고 패킷의 충돌 발생 가능성 적음
    • 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향이 적음
  • 단점:
    • 중앙 노드에 장애 발생 시, 전체 네트워크 중단
    • 설치 비용이 높음
  • 사용 예: 가정용 Wi-Fi, 대부분의 소규모 LAN

2-3. 링 토폴로지(Ring Topology)

- 각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 고리처럼 연결된 네트워크 구성

- 데이터는 노드에서 노드로 이동, 각각의 노드는 고리 모양의 길을 통해 패킷을 처리

  • 구성: 각 장비가 양 옆 장비와만 연결되어 원형 고리처럼 됨
  • 장점:
    • 데이터 충돌이 적고, 일정한 데이터 흐름
    • 노드의 고장 발견을 쉽게 찾음
  • 단점:
    • 네트워크 구성 변경이 어려움
    • 하나만 고장나도 전체 네트워크에 문제가 발생
  • 사용 예: 토큰 링 네트워크(구형 네트워크 > 지금은 거의 안씀)

2-4. 트리 토폴로지(Tree Topology)

- 계층형 토폴로지라고 하며, 트리 형태로 배치한 네트워크 구성

- 계층 구조로 구성되어 있어서 부서별/구역별 관리에 용이함

- 스타형과 버스형의 결합형

  • 구성: 상위 노드에서 하위 노드로 나무처럼 뻗어나감
  • 장점:
    • 노드의 추가, 삭제가 쉬움
    • 구조적 관리가 쉬움
  • 단점:
    • 상위 노드에 문제 생기면 해당하는 하위 노드 전체에 영향
    • 구성이 복잡하고, 케이블이 많음
  • 사용 예: 대기업이나 캠퍼스 네트워크

2-5. 메시 토폴로지(Mesh Topology)

- 망형 토폴로지라고도 하며 모든 장비가 서로 직접 연결된 네트워크 구성

  • 구성: 장비들이 서로 다수의 경로로 연결되어 있음 > 그물망
  • 장점:
    • 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재해서 네트워크를 계속 사용 가능(우회 경로 가능)
    • 트래픽 분산 처리 가능
    • 고속, 고가용성 네트워크 구성에 유리함
  • 단점:
    • 노드의 추가가 어려움
    • 구축 비용, 운용 비용이 비쌈
  • 사용 예: 군사 통신, 대형 데이터 센터(통신사)

3. 병목 현상(Bottleneck)

*위에 설명한 네트워크가 토폴로지가 중요한 이유는 지금부터 설명할 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문이다.

 

- 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상

- 마치 병의 몸통보다 의 목 부분이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에서 유래

ex) 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생김 > 트래픽 관리 못함 > 병목 현상 발생 > 사용자는 웹사이트 진입 X

4. 네트워크 토폴로지와 병목 현상

- 특정 토폴로지 구조는 병목을 유발하기 쉬움

- 버스형: 하나의 중앙 케이블에 모든 장비가 연결되어서 트래픽이 몰림 > 병목 발생 최강..

ex) 좁은 1차선 도로에 엄청난 수의 자동차 진입

 

- 스타형: 중앙 허브/스위치에 트래픽이 집중 > 성능이 낮으면 전체 느려짐..

ex) 모든 고속도로가 하나의 톨게이트를 통과해야함

 

- 트리형: 계층 구조의 상위 노드에 트래픽이 집중 > 상위 계층이 터지면 다 터짐..

ex) 모든 트래픽이 사장님 책상을 거쳐야 처리됨

 

- 링형: 한 노드에 트래픽 몰리면 속도 저하, 경로 제한으로 병목 가능 > 한 군데 막히면 전체 영향..

ex) 회전교차로를 도는 차들 중에 갑자기 한 대가 멈추면 전체가 정체됨

 

- 메시형: 노드 간 다수의 경로가 존재해서 한 노드에 병목 생겨도 우회 가능 !

ex) 여러 갈래의 도로가 있어서 하나의 길이 막혀도 다른 길로 우회 가능

5. 토폴로지별 병목 현상 해결 방법

1. 버스형 토폴로지

  • 스위치 기반 구조로 전환하기 > 스타형이나 트리형으로 변경
  • 장비 수 줄이기
  • 트래픽 제어 프로토콜 사용
  • 중앙 버스 케이블 품질 향상 및 간섭 차단하기

2. 스타형 토폴로지

  • 중앙 허브 대신 스위치 사용 
  • 중앙 장비 업그레이드 > L3 스위치 or 고속 스위치
  • 중앙 장비 이중화 > 하나 고장나면 자동으로 전환
  • 트래픽 분산하기 > 부서별 네트워크 구분해서 부하를 분산

3. 트리형 토폴로지

  • 상위 스위치에 고속 장비 사용하기
  • 다중 경로 구성 > 두 장비 사이에 여러 케이블을 연결해서 대역폭 확장
  • 부하 분산 라우팅 > 동적 라우팅 프로토콜로 트래픽 자동으로 조절
  • 네트워크 계층을 더 세분화 하기 > 큰 네트워크를 여러 개의 소규모로 나눔

4. 링형 토폴로지

  • 양방향 링으로 구성 > 하나가 끊겨도 반대 방향으로 우회 가능
  • 토큰 링 포로토콜 사용 > 충돌 방지, 순차 통신으로 트래픽 안정화
  • 노드 장애 감지 시스템 도입하기 > 어떤 노드 고장 시 자동으로 우회 처리

6. 결론

네트워크 토폴로지는 장치 간 연결 구조를 정의하며, 병목을 찾을 때 중요한 기준이 된다.
중앙 집중형 구조일수록 병목 가능성이 높고, 메시형처럼 분산된 구조는 병목에 강하다.
병목 문제는 토폴로지에 따라 원인이 다르므로, 구조에 맞는 해결 전략이 필요하다.
적절한 설계와 장비 선택을 통해 네트워크 성능과 안정성을 크게 향상 시킬 수 있다.

 

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