네트워크 구조

네트워크 구조(버스, 토큰 링, 별 구조)에 대하여 알아보자

네트워크 구조의 형태를 보면 버스구조, 링구조 별구조로 나눌 수 있다. 간략하게 특징에 대해 알아보면 버스구조의 경우 단일 통신회선에 여러대 단말기를 연결하여 상요하면 접송방식은 크게 CSMA/CD방식과 토큰 패싱방식이다. 이 버스구조의 특징은 소규모, 저가격 시스템에 적당하며 노드 추가가 용이하다. 링형은 직접 또는 중계기를 통해 컴퓨터와 단말기들을 이웃하는 것끼리만 연결된는 구조를 말한다. 접속방식은 토큰 패싱 방식을 사용하며 특징은 전송로 길이를 가장 짧게 구성, 통신거리 및 속도에 제한이 없다. 별구조의 구성은 모든 단말기가 중앙제어장치와 점대점으로 연결 되어 있다. 접속방식은 시분할 다중교환방식이며 설치가 용이하고 소규모 시스템 구축에 적합하다. 세 가지 구조에 대해 자세히 알아보자.

1. 버스 구조

가장 많이 사용하는 네트워크 연결 형태는 버스형과 링형이다. 버스형은 공유 버스 하나에 호스트들을 직접 연결한다. 한 호스트가 전송한 데이터를 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송하므로, 브로드캐스팅 방식이다. 모든 노드들이 버스에 T자형으로 연결되어 상호 점대점 형태로 연결된다. 버스와 각 노드의 연결은 어댑터를 통하여 이루어지며 버스에는 종단기를 둔다. 버스형에서는 전송 데이터가 모든 호스트에 전송되므로 라우팅 기능이 따로 필요 없다. 목적지에 해당하는 호스트만 데이터를 내부 버퍼에 보관하고, 그렇지 않은 호스트는 버림으로써 한 호스트만 데이터를 수신하게 된다. 이를 위해 각 호스트를 구분하는 호스트 주소를 사용하고, 전송 데이터에는 송수신 호스트의 주소를 표기한다. 둘 이상의 호스트에서 데이터를 동시에 전송하려고 하면 공유 버스에서 데이터 충돌(Collision)이 발생할 수 있다. 충돌 문제를 해결하는 방법은 충돌이 발생할 가능성 자체를 차단하는 사전 해결 방식과 충돌을 허용하고 나중에 해결하는 사후 해결 방식이 있다. 대표적인 버스형 연결 형태인 이더넷(Ethernet)은 충돌이 발생하는 것을 허용하는 대신, 충돌 후에 문제를 해결하는 사후 해결 방식이다. 이더넷 방식의 LAN은 원래 1~10Mbps의 전송 속도를 지원했지만, 100Mbps의 고속 이더넷이 등장해 영상 데이터처럼 높은 전송률이 필요한 응용 환경에서도 사용 가능하다. 단점으로는 기저대역전송방식으로 쓸 경우 거리에 민감하고 노드의 증가시 속도가 떨어지며, 음성전송에 어려움이 따르는 단점이 있다. 반면에 케이블링에 사용되는 비용이 최소이고, 각 노드의 고장이 네트워크 다른 부분에 전혀영향을 미치지 않으며, 신뢰성과 확장성이 좋다는 장점이 있기 때문에 많이 사용하고 있다. CSMA/CD방식이 때표적인 예로서 토큰버스방식에도 사용되고, 고손 LAN에 사용되는 이중버스구조 DQDB 프로토콜이 있다. 그리고 초기의 이더넷은 주로 버스형 네트워크상에서 데이터 종신을 위한 목적으로 개발되었다. 

2. 토큰링

토큰링은 1980년대 초 IBM에 의해서 개발된 또 하나의 대표적인 LAN으로, 이더넷이 일찍 발붙인 미국보다 유럽에서 많이 이용되어 왔다, 버스형이 LAN에서는 노드가 탭이라는 간단한 접속장치를 통해 버스에 연결되는 데 비해, 링형에서는 모든 노드에 중계기능을 갖는 장치가 있어야 한다. 대신, 이는 노드 사이를 점대 점으로 연결하여 몇가지 중요한 장점을 갖게 한다. 우선, 각 노드가 리피터 역할을 하여 이를 거칠 때마다 깨끗한 신호로 복원되어 중계되기 때문에 에러 없이 비교적 먼 거리까지 전송할 수 있다. 둘째로, 노드와 노드를 연결하는 링크마다 각기 다른 전송매체를 쓸 수 있으며, 특히 광섬유를 쉽게 도입할 수 있다는 점이다. 또한, 점 대 점 형태의 연결에서는 송, 수신 장치가 간단해진다는 점도 장점으로 꼽을 수 있다. 각 노드의 중계 장치는 패킷을 접수, 송출, 중계하는 기능 외에 제거하는 기능도 가진다. 전송할 패킷이 생긴 노드는 지나고 있는 토큰을 받아 비트패턴 일부를 바꾸어 전송용 패킷으로 만들고 패킷을 전송한 후, 다음 노드를 토큰을 진계한다. 모든 데이터프레임은 각 노드의 중계 장치를 거쳐갈 때마다 일단 버퍼에 저장된 후 재송출 되기 때문에, 최소한 하나의 비트를 송출하는 시간만큼 지체된다.토큰링의 종류는 패킷을 전송한 노드가 다음 차례의 노드로 토큰을 방출하는 시점에 따라 구분된다. 상대적으로 속도가 낮은 1~4Mbps급의 링에서 토큰 방출시점은, 패킷이 링을 한 바퀴 돌고 출발노드로 완전히 돌아온 것을 확인한 직후이다. 이에 비해 16Mbps급의 고속링에서는 패킷을 쏜 직후에 방출한다. 토큰링의 성능은 이더넷에 비해 충돌에 의해 낭비되는 시간이 없으므로 상대적으로 좋은 편이다. 또한 네트워크에 많은 부하가 걸릴 경우 대기시간이 매우 길어지는 이더넷과는 대조적으로 패킷전송을 위해 기다리는 시간의 상황이 미리 한정되어 있다.

3. 별 구조

별 구조 형태에서 각 장치는 일반적으로 허브라는 불리는 중앙제어장치와 전용 점대 점 링크를 갖는다. 각 장치는 서로 직접 연결되어 있지 않다. 그물형 접속형태와는 달리 별구조 접속형태에서는 각 장치간 직접적인 통신을 할 수 없으며, 제어장치가 교환 역할을 한다. 만약 어떤 장치가 다른 장치에 자료를 보내려면 그 자료를 먼저 제어장치에 보내고, 제어장치는 그 자료를 연결되어 있는 다른 장치로 중계해준다. 별 구조 접속형태는 그물형 접속형태보다 비용이 적게든다. 별 구조에서 각 장치는 다른 장치와 연결하 위해 1개의 링크와 1개의 I/O 포트만 필요하다. 따라서 설치와 재구성도 쉽다. 설치에 필요한 케이블의 양이 적으며, 이동과 삭제의 경에도 오직 해당 장치와 허브 간의 연결 한 가지에만 영향을 미친다. 다른 장점으로는 안전성을 들 수 있다. 만약 한 링크가 끊어져서 작동하지 않으면 오직 해당 링크만 영향을 받고, 다른 링크들은 아무런 영향을 받지 않는다. 이러한 점은 결함의 식별과 분리를 쉽게 해준다. 동작하고 있는 한, 허브는 링크에 발생한 문제들을 점검하고 결함이 발견된 링크를 우회하는 역할을 한다. 이렇듯 별 구조가 그물형보다 적은 케이블을 필요로 하에도 불구하고, 각 노드가 중앙허브와 연결되어 있어야 한다는 이유로 인해 일부 다른 접속형태보다 케이블 연결이 필요하다.

허브 장치를 사용하여 호스트를 연결하는데, 각 노드는 UTP 케이블을 상용하여 중앙의 허브에 점대점 형태로 연결되어 있다. 여기서 허브는 주 컴퓨터 또는 스위치(교환기) 등이 해당된다. 앞서 이야기한바와 같이 고장의 발견이 쉽고 수리가 용이하며, 특히 한 기기의 고장이 전체에 여향을 미치지 않고 시스템의 일괄변경과 데이터베이스 관리가 용이한 장점이 있다. 그러나 중아의 허브에 고장이 발생하면 시스템이 일시에 운영불능상태에 빠지게 되며, 최초 설치시 케이블링에 THDYU되는 노력과 비용이 크다는 단점이 있다.

참고 문헌

1. 김현기, 김용수 외 공저/ 2002 / 최신 정보통신개론 / OK PRESS

2. LAN (데이터 통신과 컴퓨터 네트워크, 2013. 9. 10., 한빛아카데미(주))

3. 김덕환 지음 / 2006 / 최신 정보통신개론과 데이터 통신 / 문운당