네트워크 토폴로지 총정리

1. 네트워크 토폴로지의 개념

네트워크 토폴로지는 네트워크에서 노드의 연결을 논리적, 물리적으로 배열하는 것이다. 여기서 노드라 함은, 스위치, 라우터, 스위치와 라우터의 특징을 지닌 소프트웨어를 포함하는 개념이다. 이것을 도식화 하였을 때 이해가 쉽기 때문에 보통 그래프로 표현하는 것을 볼 수 있다.

 

네트워크 토폴로지 그래프를 보면, 네트워크의 배치와 트래픽 흐름의 상대적인 위치를 한 눈에 알 수 있다. 그래서 네트워크 관리자는 네트워크 토폴로지 다이어그램을 사용하여 각 노드의 최적 배치와 트래픽 흐름에 대한 최적의 경로를 설정할 수 있는 것이다. 그렇게 잘 정의되고 계획된 네트워크 토폴로지를 통해 우리는 장애를 보다 쉽게 파악할 수 있고, 문제를 해결하여 데이터 전송 효율을 높일 수 있다.

 

그리고 네트워크 형상은 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지로 정의할 수 있다. 네트워크 토폴로지 다이어그램은 네트워크 노드로 표시되는 장치와 네트워크 노드 사이의 연결을 선으로 표시한다. 이런 네트워크 토폴로지의 유형은 네트워크가 어떻게 배치되어야 하는가에 따라 다르다.

 

1.1 네트워크 토폴로지의 중요성

네트워크 토폴로지는 네트워크 기능에 중요한 역할을 한다. 네트워크 기능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 그렇다. 각자에게 적합한 네트워크를 선택하면 성능을 끌어올릴 수 있다. 적절한 네트워크를 고르고 유지관리하게 되면, 에너지 효율, 데이터 전송 속도에서 이점을 갖기 때문이다.

 

네트워크 토폴로지를 잘 정의하게 되면, 오류를 찾고 문제를 해결하는 것은 물론, 리소스 할당도 수월해질 것이다. 특히나 디어어그램의 경우, 물리적, 논리적 레이아웃을 나타낼 수 있기 때문에 네트워크의 문제를 진단하는 데에 있어서 아주 중요한 사항이 될 것이다.

 

2. 네트워크 토폴로지 분류

네트워크 토폴로지는 앞에서 계속 말했듯, 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지로 분류된다.

물리적 토폴로지는 노드와 연결의 물리적 레이아웃을 말한다. 연결에는 노드를 연결하는 다이어그램들의 선들도 포함된다.

논리적 토폴로지는 데이터 전송 패턴 뿐만 아니라, 어떤 노트가 어떻게 연결되는지를 포함하여 네트워크를 설정하는 방법을 정의한다.

 

2.1 물리적 네트워크 토폴로지

ㄱ. Star(=성형)

스타 네트워크에서 중앙 장치는 중아 허브를 통해 다른 모든 노드와 연결된다. 이더넷 스위치를 기반으로 하는 스위치 LAN과 유선으로 연결된 대부분의 가정용, 사무용 네트워크는 물리적으로 스타 네트워크를 형성한다. 중앙 집중형으로 이해하면 간편한데, 그렇기에 통제 및 유지보수가 용이하고, 에러 발생 시에 발견이 쉽다. 그러나 중앙 집중형은 언제나 치명적인 단점을 지니는데, 하나의 구성요소로 인해 전체 시스템이 영향을 받는 병목현상이 발생할 수 있고, 중앙 컴퓨터에 장애가 발생할 경우 전체 네트워크에 영향이 간다.

 

ㄴ. Ring(=원형)

링 네트워크에서 노드들은 폐루트 형태로 연결되어 있다. 어떤 링들은 한 방향으로만 데이터를 전송하며, 다른 링들은 양방향 전송이 가능하기도 하다. 양방향 링 네트워크의 경우 버스 네트워크에 비해 복원력이 뛰어난데, 트래픽이 어느 한 방향으로 이동하여 노드에 도달할 수 있기 때문이다. 링 네트워크의 대표적인 예시로는 SONET(Synchronous Optical Network) 기술에 기반한 메트로 네트워크가 있다. 링 네트워크는 전송 매체와 데이터 단말 장치(DTE) 고장 시 발견에 용이하나, 단말기를 추가 및 삭제하기가 어렵다는 단점이 있다.

 

ㄷ. Mesh(=망형, 그물형)

메시 네트워크는 네트워크의 일부 지점 사이에서 다수의 경로를 사용할 수 있을 정도로 노드들이 촘촘하게 연결된 것을 말한다. 모든 노드가 다른 노드들에 직접적으로 연결되어 있다면 그것은 완전한 메시 네트워크로 부를 수 있을 것이고, 몇몇 노드만 다른 노드들과 연결되어 있다면 그것은 부분적인 메시 네트워크로 부를 수 있을 것이다. 여러 경로를 메시화하면 복원력이 물론 상승하겠지만, 그만큼 비용도 기하급수로 늘어날 것이다. 그런데 전용 링크를 위해서는 더욱 많은 공간이 필요할 것이다. 이런 메시 네트워크는 워낙에 다양한 경로를 자랑하기에 통신 회선 장애 시 다른 경로로 데이터 전송이 가능하며, DTE 고장과 병목현상에 대해 면역력을 갖고 있다고 볼 수 있다. 그러나 N(N-1)/2개의 선로 수는 그것 자체만으로 많은 비용의 투입을 예상케 한다.

 

ㄹ. Bus(=수평형)

버스 네트워크에서 모든 노드는 하나의 케이블을 따라 직렬로 연결된다. 이 배열은 주로 케이블 광대역 유통망에서 찾아볼 수 있다. 하나의 컴퓨터에 문제가 생겨도 네트워크를 유지하는 데에 문제가 생기지 않는다는 장점이 있으나, 통신 회선 길이의 제한이 있어 사용에 한계가 있다. 또한, 우선순위 제어가 어렵고, 충돌이 자주 발생한다는 단점이 있다.

 

ㅁ. Tree(=계층형)

트리 네트워크는 하나의 루트 노드가 존재하고, 다른 모든 노드들은 계층 구조로 연결되어 있다. 위의 그림이 그것을 이해하기엔 다소 부족할 수 있는데, 말 그대로 크리스마스 트리 같은 구조를 생각하면 이해가 빠를 것이다. 데이터 센터 네트워크를 포함하여 많은 거대 이더넷 스위치 네트워크는 트리 네트워크로 구성되곤 한다. 그나저나, 다시 돌아와서 위의 계층형 그림을 하나씩 살펴보면 마치 스타 네트워크를 떠올릴 수 있을 것이다. 그렇기에 트리형의 장단점은 스타형의 것과 매우 흡사하다. 루트 노드가 있기에 통제 및 유지보수가 용이하고, 에러 발생 시 발견이 쉽다. 그러나 병목 현상의 발생 가능성을 고려해야 한다.

 

ㅂ. 하이브리드

 

IT에서 항상 빼놓을 수 없는 것이 바로 하이브리드다. 하이브리드 네트워크 토폴로지는 2개 이상의 토폴로지를 조합한 것이다. 하이브리드 네트워크 토폴로지의 경우 일반적으로 여러 설정을 수용할 수 있기 때문에 엄청난 유연성을 제공한다. 예를 들어, 같은 조직에 속해있지만 다른 부서에 속한 경우, 부서에 따라 네트워크 요구사항에 더욱 적합한 맞춤형 네트워크 토폴로지를 선택할 수 있을 것이다.

 

2.2 논리적 네트워크 토폴로지

네트워크의 논리적 토폴로지는 노드와 논리적 연결 사이의 관계를 나타내고, 데이터 전송 방식에 대해 정의한다.

 

논리적 연결은 중간 지점에서 정보가 보이지 않는 홉을 취할 수 있다는 점에서 물리적 경로과는 구분된다. 그런데 가상 회로나 터널을 기반으로 하는 네트워크는 섬유 같은 실제 연결 매체를 기반으로 하는 물리적 토폴로지와 회로 및 터널을 기반으로 하는 논리적 토폴로지를 갖는다.

 

그리고 이런 논리적 토폴로지는 때때로 사용자가 보는 토폴로지를 가리키기도 한다. IP(Internet Protocol)와 이더넷이 대표적 예시이다. 모든 사용자가 다른 사용자와 연결할 수 있기 때문에 연결 수준에서 완전한 메시를 이루는 형태이다. 방화벽 같은 원치않는 연결을 차단하는 수단이 도입되지 않는 한, 이것은 정말 Fully Meshed 하다고 부를 수 있을 것이다. 이런 완전한 연결은 IP나 이더넷 같은 네트워크 프로토콜의 속성이지, 네트워크 토폴로지 자체의 속성은 아니다.

 

예를 들어, 논리 버스나 논리 링 토폴로지를 사용하여 데이터 전송 흐름을 정의할 수 있다. 논리 버스 토폴로지의 경우, 데이터를 전체 네트워크에 브로드캐스트(* 네트워크 전체를 대상으로 데이터 전송)하는 노드를 특징으로 한다. 그러면 네트워크의 다른 노드들은 데이터가 자신에게 적합한지 확인할 것이다. 한편, 논리 링 토폴로지는 한 번에 한 노드만 데이터를 전송하도록 허용하는 것이다.

 

3. 네트워크 토폴로지 구성

네트워크를 구축하기 전에, 네트워크 토폴로지의 다이어그램을 작성해야 한다. 그렇게 되면 관리자는 네트워크에 어떤 구성 요소가 필요한지, 그것을 어떻게 상호 연결할 것인지를 확실히 정할 수 있을 것이다.

 

이 과정은 네트워크에 있는 장치의 목록부터 시작해야 할 것이다. 라우터, 방화벽, 서버 같은 것들을 포함하여 말이다. 그렇게 장치의 목록을 파악했다면, 이제 어떤 네트워크 토폴로지를 선택할 것인지를 선택해야 한다. 그런 다음에 다이어그램을 만들 수 있을 것이다. 각 장치는 데이터 흐름을 고려한 최적의 위치에 놓아야 할 것이고, 다음으로 선을 연결하는 것이다. 이때의 선은 네트워크 노드들이 서로 연결하는 선을 말한다. 그리고 선을 만들 때는 너무 많은 선들이 서로 교차하는 것을 경계하고, 다이어그램을 명료하게 만드는 것을 목표로 해야 할 것이다. 또한 모든 네트워크는 구성한 뒤에 다른 요인에 의해 수정해야 할 경우가 있으므로, 확장성과 향후 수정 가능성에 대해서도 염두해 두어야 할 것이다. 또한, 완성 후 선에 색상을 입히면 다이어그램을 더욱 명확하게 알아볼 수 있을 것이다.

 

한편, 네트워크 토폴로지 매핑 소프트웨어는 네트워크 토폴로지 다이어그램을 만드는 데에 도움을 줄 수 있을 것이다. 그러한 매핑 도구의 예시로는 다음과 같다.

Datadog live network mapping, Edraw, Lucidchart, ManageEngine OpManager network mapping, Microsoft Visio, NetTerrain Logical, SolarWinds Network Topology Mapper, Spiceworks network mapping