네트워크 토폴로지

토폴로지(영어: topology, 문화어: 망구성방식)는 통신 네트워크의 요소(링크, 노드 등)의 배열이다.^[1]^[2] 네트워크 토폴로지는 지휘통제 무선 네트워크,^[3] 산업용 필드버스 및 컴퓨터 망을 포함한 다양한 유형의 통신 네트워크의 배열을 정의하거나 설명하는 데 사용될 수 있다.

네트워크 토폴로지는 네트워크의 위상수학적^[4] 구조이며 물리적으로 또는 논리적으로 묘사될 수 있다. 이것은 통신 장치를 노드로 모델링하고 장치 간의 연결을 노드 간의 링크 또는 선으로 모델링하는 그래프 이론^[3]의 응용이다. 물리적 토폴로지는 네트워크의 다양한 구성 요소(예: 장치 위치 및 케이블 설치)의 배치인 반면, 논리적 토폴로지는 네트워크 내에서 데이터가 어떻게 흐르는지 보여준다. 노드 간 거리, 물리적 상호 연결, 전송 속도, 또는 신호 유형은 두 개의 다른 네트워크 간에 다를 수 있지만, 논리적 토폴로지는 동일할 수 있다. 네트워크의 물리적 토폴로지는 OSI 모형의 물리 계층의 특정 관심사이다.

네트워크 토폴로지의 예는 일반적인 컴퓨터 네트워크 설치인 근거리 통신망 (LAN)에서 찾을 수 있다. LAN의 모든 노드는 네트워크의 다른 장치에 하나 이상의 물리적 링크를 가지고 있으며, 이 링크를 그래픽으로 매핑하면 네트워크의 물리적 토폴로지를 설명하는 데 사용할 수 있는 기하학적 모양이 생성된다. 링, 버스, 메시 및 스타를 포함하여 LAN에서 다양한 물리적 토폴로지가 사용되었다. 반대로, 구성 요소 간의 데이터 흐름을 매핑하면 네트워크의 논리적 토폴로지가 결정된다. 이에 비해 차량에 흔히 사용되는 CAN 버스 네트워크는 주로 하나 이상의 컨트롤러가 센서 및 액추에이터와 물리적 버스 토폴로지를 통해 상호 연결된 분산 제어 시스템 네트워크이다.

토폴로지

네트워크 토폴로지에는 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지의 두 가지 기본 범주가 있다.^[5]

장치를 연결하는 데 사용되는 매질 레이아웃은 네트워크의 물리적 토폴로지이다. 전도성 또는 광섬유 매질의 경우, 이는 케이블링의 레이아웃, 노드의 위치, 노드와 케이블링 간의 링크를 의미한다.^[1] 네트워크의 물리적 토폴로지는 네트워크 액세스 장치 및 매체의 기능, 원하는 제어 또는 내결함성 수준, 케이블링 또는 통신 회로와 관련된 비용에 따라 결정된다.

반면에 논리적 토폴로지는 신호가 네트워크 매체에서 작동하는 방식^[6] 또는 장치의 물리적 상호 연결과 관계없이 데이터가 네트워크를 통해 한 장치에서 다음 장치로 전달되는 방식이다.^[7] 네트워크의 논리적 토폴로지는 반드시 물리적 토폴로지와 동일하지는 않다. 예를 들어, 리피터 허브를 사용한 원래의 연선 이더넷은 물리적 스타 토폴로지 상에서 구현된 논리적 버스 토폴로지였다. 토큰링은 논리적 링 토폴로지이지만, 매체 접근 장치로부터 물리적 스타 토폴로지로 배선된다. 물리적으로 항공전자 전이중 스위치 이더넷 (AFDX)은 여러 이중 이더넷 스위치의 계층적 스타 토폴로지일 수 있지만, AFDX 가상 링크는 시분할 다중화된 단일 송신기 버스 연결로 모델링되어 항공기에서 이전에 사용된 단일 송신기 버스 토폴로지의 안전 모델을 따른다. 논리적 토폴로지는 종종 매체 접근 제어 방법 및 프로토콜과 밀접하게 관련되어 있다. 일부 네트워크는 라우터 및 스위치에 대한 구성 변경을 통해 논리적 토폴로지를 동적으로 변경할 수 있다.

링크

장치를 연결하여 컴퓨터 망을 형성하는 데 사용되는 매질 (문헌에서는 종종 물리적 매체로 언급됨)에는 전선 (이더넷, HomePNA, 전력선 통신, G.hn), 광섬유 (광섬유 통신), 및 전파 (무선망)가 포함된다. OSI 모형에서는 이것들이 계층 1과 2, 즉 물리 계층과 데이터 링크 계층에서 정의된다.

근거리 통신망 (LAN) 기술에서 널리 채택된 전송 매체군은 통칭하여 이더넷으로 알려져 있다. 이더넷을 통해 네트워크 장치 간 통신을 가능하게 하는 매체 및 프로토콜 표준은 IEEE 802.3에 의해 정의된다. 이더넷은 구리 및 광섬유 케이블을 통해 데이터를 전송한다. 무선 LAN 표준(예: IEEE 802.11에 의해 정의된 표준)은 전파를 사용하거나, 다른 표준은 적외선 신호를 전송 매체로 사용한다. 전력선 통신은 건물의 전력 케이블링을 사용하여 데이터를 전송한다.

유선 기술

끝에서 빛이 방출되는 유리 섬유 묶음 — 광케이블은 한 컴퓨터/네트워크 노드에서 다른 컴퓨터/네트워크 노드로 빛을 전송하는 데 사용된다.

다음 유선 기술의 순서는 대략 가장 느린 전송 속도부터 가장 빠른 전송 속도까지이다.

동축 케이블은 케이블 텔레비전 시스템, 사무실 건물 및 기타 작업 현장에서 근거리 통신망에 널리 사용된다. 이 케이블은 절연층(일반적으로 유전율이 높은 유연한 재료)으로 둘러싸인 구리 또는 알루미늄 선으로 구성되며, 이 절연층은 그 자체로 전도성 층으로 둘러싸여 있다. 도체 사이의 절연은 케이블의 고유 임피던스를 유지하는 데 도움이 되며, 이는 성능 향상에 도움이 될 수 있다. 전송 속도는 초당 2억 비트에서 초당 5억 비트 이상이다.
ITU-T G.hn 기술은 기존 가정 배선 (동축 케이블, 전화선 및 전력선)을 사용하여 고속(최대 1기가비트/초) 근거리 통신망을 생성한다.
인쇄 회로 기판의 신호 트레이스는 보드 수준 직렬 통신, 특히 특정 유형의 집적 회로 간에 흔하며, 일반적인 예는 직렬 주변기기 인터페이스 버스이다.
리본 케이블 (꼬이지 않고 차폐되지 않았을 가능성이 있는)은 직렬 프로토콜에 비용 효율적인 매체였으며, 특히 금속 인클로저 내에서 또는 구리 브레이드 또는 포일로 말려진 경우, 짧은 거리에서 또는 낮은 데이터 속도에서 사용되었다. 전자파 적합성, 길이 및 대역폭 제약이 허용되는 경우, 차폐되지 않은 또는 꼬이지 않은 쌍 케이블링, 즉 평면 또는 리본 케이블, 또는 하이브리드 평면 및 꼬인 리본 케이블로 여러 직렬 네트워크 프로토콜을 배포할 수 있다: RS-232,^[8] RS-422, EIA-485,^[9] CAN,^[10] IEEE-488, SCSI,^[11] 등
연선은 모든 통신에 가장 널리 사용되는 매체이다. 연선 케이블링은 쌍으로 꼬인 구리선으로 구성된다. 일반적인 전화선은 쌍으로 꼬인 두 개의 절연 구리선으로 구성된다. 컴퓨터 망 케이블링(IEEE 802.3에 의해 정의된 유선 이더넷)은 음성 및 데이터 전송에 모두 활용될 수 있는 4쌍의 구리 케이블링으로 구성된다. 두 개의 선을 함께 꼬는 것은 누화 및 전자기 유도를 줄이는 데 도움이 된다. 전송 속도는 초당 2백만 비트에서 초당 100억 비트이다. 연선 케이블링은 두 가지 형태가 있다: 비차폐 연선(UTP)과 차폐 연선(STP). 각 형태는 다양한 시나리오에서 사용하도록 설계된 여러 범주 등급으로 제공된다.

광섬유는 유리 섬유이다. 그것은 데이터를 나타내는 빛의 펄스를 전달한다. 금속선에 비해 광섬유의 몇 가지 장점은 매우 낮은 전송 손실과 전기 간섭에 대한 면역성이다. 광섬유는 여러 파장의 빛을 동시에 전달할 수 있어 데이터를 보낼 수 있는 속도를 크게 증가시키고 초당 수조 비트의 데이터 속도를 가능하게 한다. 광섬유는 매우 높은 데이터 속도를 전달하는 긴 케이블에 사용될 수 있으며, 대륙을 상호 연결하는 해저 통신 케이블에 사용된다.

가격은 기업에서 유선 및 무선 기술 옵션을 구별하는 주요 요인이다. 무선 옵션은 유선 컴퓨터, 프린터 및 기타 장치를 구매하는 것이 재정적 이점이 될 수 있는 가격 프리미엄을 요구한다. 유선 기술 제품을 구매하기로 결정하기 전에 선택 사항의 제약 및 한계를 검토해야 한다. 비즈니스 및 직원 요구 사항은 모든 비용 고려 사항을 무시할 수 있다.^[12]

무선 기술

지상 마이크로파 – 지상 마이크로파 통신은 위성 접시와 유사한 지구 기반 송신기 및 수신기를 사용한다. 지상 마이크로파는 낮은 기가헤르츠 범위에 있으므로 모든 통신이 가시선으로 제한된다. 중계국은 약 50 km (30 mi) 간격으로 배치된다.
통신 위성 – 위성은 지구 대기에 의해 굴절되지 않는 마이크로파 전파를 통해 통신한다. 위성은 일반적으로 적도 상공 35,786 km (22,236 mi)의 정지 궤도에 배치된다. 이러한 지구 궤도 시스템은 음성, 데이터 및 TV 신호를 수신하고 중계할 수 있다.
셀룰러 및 PCS 시스템은 여러 무선 통신 기술을 사용한다. 이 시스템은 커버하는 영역을 여러 지리적 영역으로 나눈다. 각 영역에는 한 영역에서 다음 영역으로 통화를 중계하는 저전력 송신기 또는 무선 중계 안테나 장치가 있다.
라디오 및 분산 스펙트럼 기술 – 무선 근거리 통신망은 디지털 셀룰러와 유사한 고주파 라디오 기술과 저주파 라디오 기술을 사용한다. 무선 LAN은 제한된 영역에서 여러 장치 간 통신을 가능하게 하기 위해 분산 스펙트럼 기술을 사용한다. IEEE 802.11은 와이파이로 알려진 개방형 표준 무선 전파 기술의 일반적인 유형을 정의한다.
자유 공간 광통신은 통신을 위해 가시광선 또는 비가시광선을 사용한다. 대부분의 경우 가시선 전파가 사용되며, 이는 통신 장치의 물리적 위치를 제한한다.

이국적인 기술

이국적인 매체를 통해 데이터를 전송하려는 다양한 시도가 있었다.

RFC 1149는 유머러스한 만우절 RFC로, RFC 1149로 발행되었다. 2001년에 실제로 구현되었다.^[13]
전파를 통해 인터넷을 행성 간 차원으로 확장한 행성간 인터넷.^[14]

두 경우 모두 왕복 지연 시간이 길어 느린 양방향 통신이 발생하지만, 많은 양의 정보를 전송하는 것을 막지는 않는다.

노드

네트워크 노드는 매체에 운반되는 전기, 광학 또는 무선 신호의 송신기 및 수신기에 대한 매질의 연결 지점이다. 노드는 컴퓨터와 연결될 수 있지만, 특정 유형은 노드에 마이크로컨트롤러만 있거나 프로그래밍 가능한 장치가 전혀 없을 수도 있다. 가장 단순한 직렬 배열에서, 하나의 RS-232 송신기는 한 쌍의 전선으로 하나의 수신기에 연결되어 하나의 링크에 두 개의 노드, 즉 점대점 토폴로지를 형성할 수 있다. 일부 프로토콜은 단일 노드가 전송만 하거나 수신만 하도록 허용한다(예: ARINC 429). 다른 프로토콜은 단일 채널로 전송 및 수신 모두를 할 수 있는 노드를 가진다(예: CAN은 하나의 버스에 여러 송수신기를 연결할 수 있다). 컴퓨터 망의 전통적인 시스템 구성 요소에는 네트워크 인터페이스 컨트롤러 (NIC), 중계기, 허브, 브리지, 스위치, 라우터, 모뎀, 게이트웨이, 및 방화벽이 포함되지만, 대부분은 물리적 네트워크 토폴로지 이상의 네트워크 문제를 다루며 특정 물리적 네트워크 토폴로지의 단일 노드로 표현될 수 있다.

네트워크 인터페이스

네트워크 인터페이스 컨트롤러 (NIC)는 컴퓨터가 매질에 접근할 수 있는 기능을 제공하고 저수준 네트워크 정보를 처리할 수 있는 기능을 제공하는 컴퓨터 하드웨어이다. 예를 들어, NIC는 케이블을 수용하기 위한 커넥터 또는 무선 전송 및 수신을 위한 안테나 및 관련 회로를 가질 수 있다.

NIC는 NIC 또는 컴퓨터 전체에 대한 네트워크 주소로 지정된 트래픽에 응답한다.

이더넷 네트워크에서 각 네트워크 인터페이스 컨트롤러는 고유한 미디어 접근 제어 (MAC) 주소를 가지며, 일반적으로 컨트롤러의 영구 메모리에 저장된다. 네트워크 장치 간의 주소 충돌을 피하기 위해 전기전자공학자협회 (IEEE)는 MAC 주소 고유성을 유지하고 관리한다. 이더넷 MAC 주소의 크기는 6 옥텟이다. 세 개의 가장 중요한 옥텟은 NIC 제조업체를 식별하는 데 예약되어 있다. 이 제조업체들은 할당된 접두사만을 사용하여 생산하는 모든 이더넷 인터페이스의 세 개의 가장 중요하지 않은 옥텟을 고유하게 할당한다.

중계기 및 허브

중계기는 네트워크 신호를 수신하여 불필요한 잡음을 제거하고 재생성하는 전자 장치이다. 신호는 방해물의 반대편으로, 아마도 다른 전송 매체를 사용하여 더 높은 전력 수준으로 재형성되거나 재전송될 수 있으므로, 신호가 성능 저하 없이 더 긴 거리를 커버할 수 있다. 상업용 중계기는 RS-232 세그먼트를 15미터에서 1킬로미터 이상으로 확장했다.^[15] 대부분의 연선 이더넷 구성에서 중계기는 100미터보다 긴 케이블에 필요하다. 광섬유의 경우, 중계기는 수십 또는 심지어 수백 킬로미터 떨어져 있을 수 있다.

중계기는 OSI 모형의 물리 계층 내에서 작동하며, 이는 중계기 또는 중계기 쌍 전체에서 물리적 프로토콜의 종단 간 변경이 없음을 의미한다. 심지어 중계기 또는 중계기 쌍의 양쪽 끝 사이에 다른 물리 계층이 사용될 수 있다. 중계기는 신호를 재생성하는 데 약간의 시간이 필요하다. 이는 네트워크 성능에 영향을 미치고 올바른 기능에 영향을 줄 수 있는 전달 지연을 유발할 수 있다. 결과적으로 많은 네트워크 아키텍처는 연속으로 사용할 수 있는 중계기의 수를 제한한다. 예를 들어, 이더넷 5-4-3 규칙이 있다.

여러 포트를 가진 중계기는 허브로 알려져 있으며, 이더넷 네트워크에서는 이더넷 허브로, USB 네트워크에서는 USB 허브로 불린다.

USB 네트워크는 허브를 사용하여 계층화된 스타 토폴로지를 형성한다.
LAN의 이더넷 허브 및 중계기는 현대적인 스위치로 대부분 쓸모없게 되었다.

브리지

네트워크 브리지는 OSI 모형의 데이터 링크 계층 (계층 2)에서 두 네트워크 세그먼트 간의 트래픽을 연결하고 필터링하여 단일 네트워크를 형성한다. 이것은 네트워크의 충돌 도메인을 분할하지만 통합된 브로드캐스트 도메인을 유지한다. 네트워크 세분화는 크고 혼잡한 네트워크를 작고 효율적인 네트워크의 집합으로 분해한다.

브리지는 세 가지 기본 유형으로 제공된다:

로컬 브리지: LAN을 직접 연결한다.
원격 브리지: LAN 간에 광역 통신망 (WAN) 링크를 생성하는 데 사용될 수 있다. 연결 링크가 최종 네트워크보다 느린 원격 브리지는 대부분 라우터로 대체되었다.
무선 브리지: LAN을 연결하거나 원격 장치를 LAN에 연결하는 데 사용될 수 있다.

스위치

네트워크 스위치는 각 프레임의 대상 MAC 주소를 기반으로 OSI 계층 2 데이터그램 (프레임)을 포트 간에 전달하고 필터링하는 장치이다.^[16] 스위치는 연결된 모든 포트가 아닌 통신에 관련된 물리적 포트에만 프레임을 전달한다는 점에서 허브와 구별된다. 이는 다중 포트 브리지로 생각할 수 있다. 수신된 프레임의 원본 주소를 검사하여 물리적 포트를 MAC 주소와 연결하는 방법을 학습한다. 알 수 없는 대상이 지정되면 스위치는 원본을 제외한 모든 포트에 브로드캐스트한다. 스위치는 일반적으로 수많은 포트를 가지고 있어 장치를 위한 스타 토폴로지 및 추가 스위치 캐스케이딩을 용이하게 한다.

멀티레이어 스위치는 계층 3 주소 지정 또는 추가 논리적 수준을 기반으로 라우팅할 수 있다. 스위치라는 용어는 라우터 및 브리지와 같은 장치뿐만 아니라 로드 또는 애플리케이션 콘텐츠(예: 웹 URL 식별자)를 기반으로 트래픽을 분산할 수 있는 장치도 포함하여 종종 느슨하게 사용된다.

라우터

라우터는 패킷 또는 데이터그램에 포함된 라우팅 정보(계층 3의 인터넷 프로토콜 정보)를 처리하여 네트워크 간에 패킷을 전달하는 인터네트워킹 장치이다. 라우팅 정보는 종종 라우팅 테이블 (또는 전달 테이블)과 함께 처리된다. 라우터는 라우팅 테이블을 사용하여 패킷을 전달할 위치를 결정한다. 라우팅 테이블의 목적지는 데이터가 들어갈 수 있으므로 블랙홀을 포함할 수 있다. 그러나 해당 데이터에 대한 추가 처리는 수행되지 않는다. 즉, 패킷은 삭제된다.

모뎀

모뎀 (변조기-복조기)은 원래 디지털 네트워크 트래픽용으로 설계되지 않은 유선 또는 무선을 통해 네트워크 노드를 연결하는 데 사용된다. 이를 위해 하나 이상의 반송파 신호가 디지털 신호에 의해 변조되어 전송에 필요한 특성을 제공하도록 맞춤화할 수 있는 아날로그 신호를 생성한다. 모뎀은 일반적으로 디지털 가입자 회선 기술을 사용하여 전화선에 사용된다.

방화벽

방화벽은 네트워크 보안 및 접근 규칙을 제어하는 네트워크 장치이다. 방화벽은 일반적으로 인식되지 않는 출처의 접근 요청은 거부하고 인식되는 출처의 작업은 허용하도록 구성된다. 네트워크 보안에서 방화벽이 수행하는 중요한 역할은 사이버 공격이 끊임없이 증가함에 따라 병행하여 커지고 있다.

분류

네트워크 토폴로지 연구는 점대점, 버스, 스타, 링 또는 원형, 메시, 트리, 하이브리드 또는 데이지 체인의 8가지 기본 토폴로지를 인식한다.^[17]

점대점

두 종단점 사이에 전용 링크가 있는 가장 간단한 토폴로지. 점대점 토폴로지의 변형 중 가장 이해하기 쉬운 것은 사용자에게 두 종단점과 영구적으로 연결되어 있는 것처럼 보이는 통신 채널이다. 어린이의 깡통 전화는 물리적 전용 채널의 한 예이다.

회선 교환 또는 패킷 교환 기술을 사용하여 점대점 회로를 동적으로 설정하고 더 이상 필요하지 않을 때 해제할 수 있다. 교환 점대점 토폴로지는 기존 텔레포니의 기본 모델이다.

영구적인 점대점 네트워크의 가치는 두 종단점 간의 방해받지 않는 통신이다. 주문형 점대점 연결의 가치는 잠재적 가입자 쌍의 수에 비례하며 메트칼프의 법칙으로 표현되었다.

데이지 체인

데이지 체인은 각 컴퓨터를 다음 컴퓨터에 직렬로 연결하여 수행된다. 메시지가 라인 중간의 컴퓨터를 대상으로 하는 경우, 각 시스템은 목적지에 도달할 때까지 순서대로 메시지를 전달한다. 데이지 체인 네트워크는 선형과 링의 두 가지 기본 형태를 취할 수 있다.

선형 토폴로지는 한 컴퓨터와 다음 컴퓨터 사이에 양방향 링크를 설정한다. 그러나 이것은 컴퓨터 초기에 비쌌는데, 각 컴퓨터(양쪽 끝에 있는 컴퓨터를 제외하고)에 두 개의 수신기와 두 개의 송신기가 필요했기 때문이다.
체인의 각 끝에 있는 컴퓨터를 연결하면 링 토폴로지를 형성할 수 있다. 노드가 메시지를 보내면 메시지는 링의 각 컴퓨터에 의해 처리된다. 링의 장점은 송신기와 수신기의 수를 절반으로 줄일 수 있다는 것이다. 메시지는 결국 완전히 한 바퀴 돌기 때문에 전송은 양방향으로 갈 필요가 없다. 대안으로, 링은 내고장성을 향상시키는 데 사용될 수 있다. 링이 특정 링크에서 끊어지면 전송을 역방향 경로를 통해 보낼 수 있으므로 단일 실패 시에도 모든 노드가 항상 연결되도록 보장한다.

버스

버스 토폴로지를 사용하는 근거리 통신망에서 각 노드는 인터페이스 커넥터에 의해 단일 중앙 케이블에 연결된다. 이것이 '버스'이며, 백본 또는 트렁크라고도 불린다. 네트워크의 노드 간의 모든 데이터 전송은 이 공통 전송 매체를 통해 전송되며 네트워크의 모든 노드에서 동시에 수신될 수 있다.^[1]

의도된 수신 기계의 주소를 포함하는 신호는 소스 기계에서 버스에 연결된 모든 기계로 양방향으로 이동하여 의도된 수신자를 찾을 때까지 이동하고, 수신자는 데이터를 수락한다. 기계 주소가 데이터의 의도된 주소와 일치하지 않으면 신호의 데이터 부분은 무시된다. 버스 토폴로지는 하나의 와이어로만 구성되므로 다른 토폴로지보다 구현 비용이 적게 들지만, 네트워크 관리 비용이 더 높아 절약된 비용이 상쇄된다. 또한 네트워크가 단일 케이블에 의존하므로 네트워크의 단일 장애점이 될 수 있다. 이 토폴로지에서는 전송되는 데이터에 어떤 노드도 접근할 수 있다.

선형 버스

선형 버스 네트워크에서 네트워크의 모든 노드는 두 개의 종단점만 있는 공통 전송 매체에 연결된다. 전기 신호가 버스의 끝에 도달하면 신호는 라인을 따라 다시 반사되어 원치 않는 간섭을 유발한다. 이를 방지하기 위해 버스의 두 종단점은 일반적으로 종단기라는 장치로 종단된다.

분산 버스

분산 버스 네트워크에서 네트워크의 모든 노드는 주 전송 매체에 분기를 추가하여 생성된 두 개 이상의 종단점을 가진 공통 전송 매체에 연결된다. 즉, 물리적 분산 버스 토폴로지는 모든 노드가 공통 전송 매체를 공유하므로 물리적 선형 버스 토폴로지와 정확히 동일한 방식으로 작동한다.

스타

스타 토폴로지 (허브-앤-스포크라고도 함)에서 모든 주변 노드 (컴퓨터 워크스테이션 또는 기타 주변 장치)는 허브 또는 스위치라고 하는 중앙 노드에 연결된다. 허브는 서버이고 주변 장치는 클라이언트이다. 네트워크가 스타 네트워크로 분류되기 위해 반드시 별 모양을 닮을 필요는 없지만, 네트워크의 모든 주변 노드는 하나의 중앙 허브에 연결되어야 한다. 네트워크를 통과하는 모든 트래픽은 중앙 허브를 통과하며, 중앙 허브는 신호 중계기 역할을 한다.

스타 토폴로지는 설계하고 구현하기 가장 쉬운 토폴로지로 간주된다. 스타 토폴로지의 한 가지 장점은 추가 노드를 추가하는 것이 간단하다는 것이다. 스타 토폴로지의 주요 단점은 허브가 단일 장애점이라는 점이다. 또한, 모든 주변 통신이 중앙 허브를 통해 흘러야 하므로, 총 중앙 대역폭은 대규모 클러스터에 대한 네트워크 병목 현상을 형성한다.

확장 스타

확장 스타 네트워크 토폴로지는 중앙 노드와 주변 (또는 '스포크') 노드 사이에 하나 이상의 중계기를 추가하여 물리적 스타 토폴로지를 확장한다. 중계기는 물리 계층의 최대 전송 거리, 즉 중앙 노드와 주변 노드 간의 점대점 거리를 확장하는 데 사용된다. 중계기는 중앙 노드의 전송 전력만 사용하는 것보다 더 큰 전송 거리를 허용한다. 중계기 사용은 물리 계층의 기반이 되는 표준의 제한을 극복할 수도 있다.

중계기가 허브 또는 스위치로 대체된 물리적 확장 스타 토폴로지는 하이브리드 네트워크 토폴로지의 한 유형이며 물리적 계층적 스타 토폴로지라고 불리지만, 일부 텍스트에서는 두 토폴로지 간에 구분을 두지 않는다.

물리적 계층적 스타 토폴로지는 계층형 스타 토폴로지라고도 불릴 수 있다. 이 토폴로지는 트리 토폴로지와 스타 네트워크가 연결되는 방식에서 다르다. 계층형 스타 토폴로지는 중앙 노드를 사용하는 반면, 트리 토폴로지는 중앙 버스를 사용하며 스타-버스 네트워크라고도 불릴 수 있다.

분산 스타

분산 스타는 물리적 스타 토폴로지를 기반으로 하는 개별 네트워크들이 선형 방식으로 연결된 네트워크 토폴로지이다. 즉, 중앙 또는 최상위 연결 지점 없이 데이지 체인 방식으로 연결된 네트워크들(예: 두 개 이상의 스택형 허브와 이와 관련된 스타 연결 노드 또는 스포크)이다.

링

링 토폴로지는 폐쇄 루프 형태의 데이지 체인이다. 데이터는 링을 따라 한 방향으로 이동한다. 한 노드가 다른 노드에 데이터를 보내면 데이터는 대상에 도달할 때까지 링의 각 중간 노드를 통과한다. 중간 노드는 신호를 강하게 유지하기 위해 데이터를 반복(재전송)한다.^[5] 모든 노드는 피어 관계이며, 클라이언트와 서버의 계층적 관계는 없다. 한 노드가 데이터를 재전송할 수 없으면 버스에서 그 전후의 노드 간 통신을 끊는다.

장점:

네트워크 부하가 증가할 때 버스 토폴로지보다 성능이 좋다.
워크스테이션 간 연결을 제어하는 네트워크 서버가 필요 없다.

단점:

두 노드 사이의 가장 약한 링크가 전체 네트워크 대역폭의 병목이 된다.

메시

완전히 메시화된 네트워크의 가치는 가입자 수의 지수에 비례하며, 모든 종단점을 포함하여 두 종단점의 통신 그룹이 리드의 법칙으로 근사화된다고 가정한다.

완전 연결망

완전 연결 네트워크에서는 모든 노드가 상호 연결되어 있다. (그래프 이론에서는 이를 완전 그래프라고 한다.) 가장 간단한 완전 연결 네트워크는 두 노드 네트워크이다. 완전 연결 네트워크는 패킷 교환이나 브로드캐스팅을 사용할 필요가 없다. 그러나 연결 수는 노드 수에 따라 이차적으로 증가한다.

$c={\frac {n(n-1)}{2}}.\,$

이는 대규모 네트워크에는 비현실적이다. 이러한 종류의 토폴로지는 네트워크의 다른 노드에 영향을 미치거나 중단시키지 않는다.

부분 연결망

부분 연결 네트워크에서는 특정 노드가 정확히 하나의 다른 노드에 연결되지만, 일부 노드는 점대점 링크로 두 개 이상의 다른 노드에 연결된다. 이를 통해 물리적으로 완전히 연결된 메시 토폴로지의 일부 중복성을 활용할 수 있으며, 네트워크의 모든 노드 간의 연결에 필요한 비용과 복잡성을 줄일 수 있다.

하이브리드

하이브리드 토폴로지는 하이브리드 네트워크라고도 한다.^[18] 하이브리드 네트워크는 두 개 이상의 토폴로지를 결합하여 결과 네트워크가 표준 토폴로지(예: 버스, 스타, 링 등) 중 하나를 나타내지 않도록 한다. 예를 들어, 트리 네트워크 (또는 스타-버스 네트워크)는 버스 네트워크를 통해 스타 네트워크가 상호 연결된 하이브리드 토폴로지이다.^[19]^[20] 그러나 한 트리 네트워크가 다른 트리 네트워크에 연결되어도 여전히 위상적으로 트리 네트워크이며, 별개의 네트워크 유형은 아니다. 하이브리드 토폴로지는 항상 두 가지 다른 기본 네트워크 토폴로지가 연결될 때 생성된다.

스타-링 네트워크는 멀티스테이션 액세스 유닛 (MAU)을 중앙 허브로 사용하여 연결된 두 개 이상의 링 네트워크로 구성된다.

눈송이 토폴로지는 코어에서 메시 형태이지만 엣지에서는 트리 형태이다.^[21]

다른 두 가지 하이브리드 네트워크 유형은 하이브리드 메시 및 계층적 스타이다.^[19]

중앙집중화

스타 토폴로지는 모든 주변 노드 (컴퓨터 등)를 중앙 노드에 연결하여 네트워크 실패의 가능성을 줄인다. 물리적 스타 토폴로지가 이더넷과 같은 논리적 버스 네트워크에 적용될 때, 이 중앙 노드(전통적으로 허브)는 모든 주변 노드로부터 수신된 모든 전송을 네트워크의 모든 주변 노드에 재방송하며, 때로는 발신 노드도 포함한다. 따라서 모든 주변 노드는 중앙 노드에만 전송하고 중앙 노드로부터 수신함으로써 서로 통신할 수 있다. 어떤 주변 노드를 중앙 노드에 연결하는 전송선로의 실패는 해당 주변 노드를 다른 모든 노드로부터 고립시키지만, 나머지 주변 노드는 영향을 받지 않는다. 그러나 단점은 중앙 노드의 실패가 모든 주변 노드의 실패를 초래한다는 것이다.

중앙 노드가 수동적인 경우, 발신 노드는 자신의 전송에 대한 메아리를 수신하는 것을 허용할 수 있어야 하며, 이는 양방향 왕복 전송 시간 (즉, 중앙 노드로 왕복하는 시간)과 중앙 노드에서 발생하는 모든 지연에 의해 지연된다. 능동형 스타 네트워크는 일반적으로 메아리 관련 문제를 방지할 수 있는 수단을 가진 능동형 중앙 노드를 가진다.

트리 토폴로지 (일명 계층적 토폴로지)는 계층으로 배열된 스타 네트워크의 모음으로 볼 수 있다. 이 트리 구조는 다른 한 노드에만 전송하고 수신해야 하며, 중계기나 재생기 역할을 할 필요가 없는 개별 주변 노드 (예: 리프)를 가진다. 스타 네트워크와 달리 중앙 노드의 기능은 분산될 수 있다.

기존의 스타 네트워크와 마찬가지로 개별 노드는 노드로의 전송 경로의 단일 지점 실패로 인해 네트워크에서 여전히 고립될 수 있다. 리프를 연결하는 링크가 실패하면 해당 리프는 고립된다. 비리프 노드에 대한 연결이 실패하면 네트워크의 전체 섹션이 나머지 부분으로부터 고립된다.

모든 신호를 모든 노드에 브로드캐스트하여 발생하는 네트워크 트래픽 양을 완화하기 위해 네트워크에 연결된 노드의 ID를 추적할 수 있는 더 발전된 중앙 노드가 개발되었다. 이러한 네트워크 스위치는 정상적인 데이터 전송 중에 각 포트를 수신하고, 데이터 패킷을 검사하며, 연결된 각 노드의 주소/식별자와 연결된 포트를 메모리에 저장된 순람표에 기록함으로써 네트워크 레이아웃을 학습한다. 이 순람표는 향후 전송이 의도된 목적지로만 전달되도록 한다.

데이지 체인 토폴로지는 네트워크 노드를 선형 또는 링 구조로 연결하는 방식이다. 메시지를 한 노드에서 다음 노드로 전달하여 대상 노드에 도달할 때까지 사용한다.

데이지 체인 네트워크는 선형과 링 두 가지 유형을 가질 수 있다. 선형 데이지 체인 네트워크는 전기 직렬과 유사하며, 첫 번째 노드와 마지막 노드는 연결되지 않는다. 링 데이지 체인 네트워크는 첫 번째 노드와 마지막 노드가 연결되어 루프를 형성하는 경우이다.

분산화

부분적으로 연결된 메시 토폴로지에서는 최소한 두 노드 사이에 두 개 이상의 경로가 존재하여, 경로 중 하나를 제공하는 링크가 실패할 경우를 대비한 중복 경로를 제공한다. 분산화는 종종 단일 장치를 중앙 노드로 사용할 때 (예: 스타 및 트리 네트워크에서) 발생하는 단일 장애점 단점을 보완하는 데 사용된다. 두 노드 사이의 홉 수를 제한하는 특별한 종류의 메시는 하이퍼큐브이다. 메시 네트워크의 임의 분기 수는 설계 및 구현을 더 어렵게 만들지만, 분산된 특성으로 인해 매우 유용하다.

이것은 선형 또는 링 토폴로지가 여러 방향으로 시스템을 연결하는 데 사용되는 그리드 네트워크와 유사한 방식으로 비슷하다. 예를 들어, 다차원 링은 토로이달 토폴로지를 가진다.

완전 연결 네트워크, 완전 토폴로지 또는 완전 메시 토폴로지는 모든 노드 쌍 사이에 직접 링크가 있는 네트워크 토폴로지이다. n개의 노드가 있는 완전 연결 네트워크에는 ${\frac {n(n-1)}{2}}\,$ 개의 직접 링크가 있다. 이 토폴로지로 설계된 네트워크는 일반적으로 설정 비용이 매우 많이 들지만, 노드 간에 제공되는 많은 수의 중복 링크로 인해 데이터에 대한 다중 경로가 제공되므로 높은 수준의 신뢰성을 제공한다. 이 토폴로지는 주로 군대 애플리케이션에서 볼 수 있다.

같이 보기

트리 구조

각주

1 2 3 Groth, David; Toby Skandier (2005). 《Network+ Study Guide, Fourth Edition》. Sybex, Inc. ISBN 0-7821-4406-3.
↑ ATIS committee PRQC. “mesh topology”. 《ATIS Telecom Glossary 2007》. Alliance for Telecommunications Industry Solutions. 2013년 4월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 10월 10일에 확인함.
1 2 Grant, T. J. 편집 (2014). 《Network Topology in Command and Control》. Advances in Information Security, Privacy, and Ethics. IGI Global. xvii, 228, 250쪽. ISBN 9781466660595.
↑ Chiang, Mung; Yang, Michael (2004). 《Towards Network X-ities From a Topological Point of View: Evolvability and Scalability》 (PDF). 《Proc. 42nd Allerton Conference》. 2013년 9월 21일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.
1 2 Inc, S., (2002) . Networking Complete. Third Edition. San Francisco: Sybex
↑ 《What Are Network Topologies?》, 2011년 5월 5일, 2019년 7월 21일에 원본 문서에서 보존된 문서, 2016년 9월 17일에 확인함
↑ Leonardi, E.; Mellia, M.; Marsan, M. A. (2000). 《Algorithms for the Logical Topology Design in WDM All-Optical Networks》. 《Optical Networks Magazine》. 35–46쪽.
↑ Cable Serial Male To Female 25L 4' DB25 M-DB25 28 AWG 300V Gray 보관됨 2018-02-12 - 웨이백 머신, Part no.: 12408, Jameco Electronics.
↑ AN-1057 Ten ways to bulletproof RS-485 Interfaces, 텍사스 인스트루먼트, p. 5.
↑ CANopen,CANopen DR-303 V1.0 Cabling and Connector Pin Assignment, CAN in Automation, p. 10.
↑ Advantech Co., Ltd., Cable 50-Pin SCSI Ribbon type # PCL-10152-3E (Mouser Electronics #923-PCL-10152-3E)
↑ , The Disadvantages of Wired Technology, Laura Acevedo, Demand Media.
↑ “Bergen Linux User Group's CPIP Implementation”. Blug.linux.no. 2014년 2월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2014년 3월 1일에 확인함.
↑ A. Hooke (September 2000), 《Interplanetary Internet》 (PDF), Third Annual International Symposium on Advanced Radio Technologies, 2012년 1월 13일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서, 2011년 11월 12일에 확인함
↑ U.S. Converters, RS232 Repeater 보관됨 2018-02-12 - 웨이백 머신
↑ “Define switch.”. 《Webopedia》. September 1996. 2020년 1월 19일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 4월 8일에 확인함.
↑ Bicsi, B. (2002). 《Network Design Basics for Cabling Professionals》. McGraw-Hill Professional. ISBN 9780071782968.
↑ “What is Hybrid Topology ? Advantages and Disadvantages” (미국 영어). 《OROSK.COM》. 2016년 9월 9일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 1월 26일에 확인함.
1 2 Sosinsky, Barrie A. (2009). 〈Network Basics〉. 《Networking Bible》. Indianapolis: Wiley Publishing. 16쪽. ISBN 978-0-470-43131-3. OCLC 359673774. 2016년 3월 26일에 확인함.
↑ Bradley, Ray (2001). 《Understanding Computer Science (for Advanced Level): The Study Guide》. Cheltenham: Nelson Thornes. 244쪽. ISBN 978-0-7487-6147-0. OCLC 47869750. 2016년 3월 26일에 확인함.
↑ Farrel, Aian; Komolafe, Olufemi; Yasukawa, Seisho (February 2009), 《An Analysis of Scaling Issues in MPLS-TE Core Networks RFC 5439》, 2024년 8월 5일에 확인함

외부 링크

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[Groth-1] 1 2 3 Groth, David; Toby Skandier (2005). 《Network+ Study Guide, Fourth Edition》. Sybex, Inc. ISBN 0-7821-4406-3.

[atis-2] ATIS committee PRQC. “mesh topology”. 《ATIS Telecom Glossary 2007》. Alliance for Telecommunications Industry Solutions. 2013년 4월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 10월 10일에 확인함.

[GrantC2-3] 1 2 Grant, T. J. 편집 (2014). 《Network Topology in Command and Control》. Advances in Information Security, Privacy, and Ethics. IGI Global. xvii, 228, 250쪽. ISBN 9781466660595.

[Chiang04-4] Chiang, Mung; Yang, Michael (2004). 《Towards Network X-ities From a Topological Point of View: Evolvability and Scalability》 (PDF). 《Proc. 42nd Allerton Conference》. 2013년 9월 21일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.

[Inc,_S._2002-5] 1 2 Inc, S., (2002) . Networking Complete. Third Edition. San Francisco: Sybex

[6] 《What Are Network Topologies?》, 2011년 5월 5일, 2019년 7월 21일에 원본 문서에서 보존된 문서, 2016년 9월 17일에 확인함

[7] Leonardi, E.; Mellia, M.; Marsan, M. A. (2000). 《Algorithms for the Logical Topology Design in WDM All-Optical Networks》. 《Optical Networks Magazine》. 35–46쪽.

[8] Cable Serial Male To Female 25L 4' DB25 M-DB25 28 AWG 300V Gray 보관됨 2018-02-12 - 웨이백 머신, Part no.: 12408, Jameco Electronics.

[9] AN-1057 Ten ways to bulletproof RS-485 Interfaces, 텍사스 인스트루먼트, p. 5.

[10] CANopen,CANopen DR-303 V1.0 Cabling and Connector Pin Assignment, CAN in Automation, p. 10.

[11] Advantech Co., Ltd., Cable 50-Pin SCSI Ribbon type # PCL-10152-3E (Mouser Electronics #923-PCL-10152-3E)

[12] , The Disadvantages of Wired Technology, Laura Acevedo, Demand Media.

[13] “Bergen Linux User Group's CPIP Implementation”. Blug.linux.no. 2014년 2월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2014년 3월 1일에 확인함.

[14] A. Hooke (September 2000), 《Interplanetary Internet》 (PDF), Third Annual International Symposium on Advanced Radio Technologies, 2012년 1월 13일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서, 2011년 11월 12일에 확인함

[15] U.S. Converters, RS232 Repeater 보관됨 2018-02-12 - 웨이백 머신

[16] “Define switch.”. 《Webopedia》. September 1996. 2020년 1월 19일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 4월 8일에 확인함.

[Bicsi,_B._2002-17] Bicsi, B. (2002). 《Network Design Basics for Cabling Professionals》. McGraw-Hill Professional. ISBN 9780071782968.

[18] “What is Hybrid Topology ? Advantages and Disadvantages” (미국 영어). 《OROSK.COM》. 2016년 9월 9일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 1월 26일에 확인함.

[Sosinsky-19] 1 2 Sosinsky, Barrie A. (2009). 〈Network Basics〉. 《Networking Bible》. Indianapolis: Wiley Publishing. 16쪽. ISBN 978-0-470-43131-3. OCLC 359673774. 2016년 3월 26일에 확인함.

[20] Bradley, Ray (2001). 《Understanding Computer Science (for Advanced Level): The Study Guide》. Cheltenham: Nelson Thornes. 244쪽. ISBN 978-0-7487-6147-0. OCLC 47869750. 2016년 3월 26일에 확인함.

[21] Farrel, Aian; Komolafe, Olufemi; Yasukawa, Seisho (February 2009), 《An Analysis of Scaling Issues in MPLS-TE Core Networks RFC 5439》, 2024년 8월 5일에 확인함

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v t e 네트워크 토폴로지
컴퓨터 네트워크의 데이터 링크, 노드의 구성도
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