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1.8 네트워크 형태 및 토폴로지

1.8.1 네트워크 형태

컴퓨터 네트워크는 네트워크에 연결된 컴퓨터가 클라이언트로 동작하느냐 또는 서버로 동작하느냐에 따라 피어투피어 네트워크, 클라이언트/서버 네트워크, 혼합형 네트워크로 분류할 수 있으며, 또한 네트워크와 여기에 연결된 컴퓨터 시스템을 어떤 방식으로 운용하느냐에 따라 중앙집중형, 분산형, 공동형으로 분류할 수 있다.

1.8.1.1 컴퓨터의 역할에 따른 형태

가. 피어투피어 네트워크(Peer To Peer Network)

네트워크에 연결된 리소스(자원)에 특정 규약 없이 접근할 수 있는 형태의 네트워크를 의미한다. 즉, 서버와 클라이언트의 구분이 없으므로, 네트워크에 연결된 컴퓨터는 서버도 될 수 있고, 클라이언트도 될 수 있다. 일반적으로 소규모의 네트워크를 구축할 때 많이 사용하는 모델이다. 서버가 없으므로, 관리가 쉬울 뿐만 아니라, 비싼 서버를 구입할 필요도 없으므로 구축비용도 저렴하다. 이 방식의 장점은 설치 및 관리가 간편하고 고가의 서버 등을 구입할 필요가 없으므로 구축에 많은 비용이 소요되지 않는다. 운영 체제 이외에 다른 특별한 소프트웨어를 필요로 하지 않고 로컬 리소스는 각 사용자들이 관리하면 된다. 네트워크 관리를 위한 관리자를 따로 고용할 필요가 없고 컴퓨터 별 중앙 서버의 제어 없이 독자적으로 운영된다. 이에 반해 단점은 중앙에서 보안을 관리할 서버가 없으므로 다른 컴퓨터에 있는 리소스를 사용하기 위하여 여러 개의 암호와 사용자 명을 기억하고 있어야 한다. 다른 컴퓨터의 리소스를 사용할 때마다 그 컴퓨터에 로그온 해야한다. 그리고 데이터가 여러 컴퓨터에 흩어져 있으므로, 백업 작업이 상당히 복잡해진다. 네트워크가 체계적으로 관리되는 것이 아니므로, 서버에 기반을 둔 네트워크 보다 성능 면에서 떨어진다. 특히 연결되는 컴퓨터의 수가 늘어날 수록 관리가 어려워지고, 네트워크의 성능도 현저하게 떨어진다.

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피어투피어(Peer to Peer) 네트워크 형태

나. 서버에 기반을 둔 네트워크

서버를 설치하여 모든 리소스의 관리나 보안 관리를 서버가 담당하도록 한 형태이다. 이와 같은 형태로 시스템을 구축하여 사용하는 방식을 클라이언트/서버 모델이라고 하는데 클라이언트/서버 모델에서의 서버는 자원(하드웨어 및 소프트웨어 자원)을 공유하게 해주는 역할을 함으로써 클라이언트에 부가되는 부담을 덜어준다. 클라이언트/서버 모델은 피어투피어 모델에 비해서 장점은 보안이 중앙 집중적으로 서버에 의해서 모든 사용자명과 암호가 관리되며, 어떤 사용자라도 리소스에 접근하기 전에 확인 절차를 거쳐서 접근 허가를 얻어야 한다. 각 클라이언트는 다른 클라이언트로부터 전해지는 요청을 처리할 필요가 없어지므로 속도 면에서 많은 향상을 가져다 준다. 일반적으로 서버 컴퓨터는 클라이언트 컴퓨터 보다 성능이 우수하다. 그리고 피어투피어 네트워크에 비하여 확장이 용이하다. 즉, 모든 자원이나 보안 관련 문제가 중앙서버에 의해서 집중 관리되므로 클라이언트가 몇 대가 더 연결되었다고 하더라도 관리측면에서 별 다른 문제가 발생하지 않는다. 이런 장점에도 불구하고 클라이언트/서버 모델이 갖는 단점은 구축하는데 소요되는 비용이 많이 든다는 것이다. 클라이언트/서버모델을 구축하기 위해서는 값비싼 서버를 따로 구입해야 하며, 이 모델에 맞는 값비싼 운영체제를 구비해야 하는 어려움이 생긴다. 그리고 서버가 다운될 경우에 연결된 클라이언트들은 전혀 동작하지 않게 되어 네트워크 관리자가 필요하다.

복수의 컴퓨터를 네트워크로 연결하여 클라이언트/서버 시스템을 구축한 경우, 서버는 서비스를 제공하는 컴퓨터, 혹은 소프트웨어이고, 클라이언트는 그 서비스를 이용하는 컴퓨터, 또는 소프트웨어를 말한다. 즉, 클라이언트/서버 시스템은 클라이언트로부터 서버에게 특정 작업에 대한 처리 요구가 전해지면, 서버는 그 요구를 받아서 처리 적절한 처리를 한 후 결과를 다시 클라이언트에게 돌려보내는 구조이다. 클라이언트/서버모델의 대표적인 예로는 파일서버, 프린터서버, 통신서버, 데이터베이스 서버 등의 서버를 활용하는 시스템들이 있다. 예를 들어 데이터베이스 서버에서 키워드를 이용하여 서명을 검색하는 경우에는 클라이언트 측의 컴퓨터에서 키워드를 입력해서 검색 명령어를 서버 측에 보낸다. 서버는 키워드와 검색 명령어를 받아서 방대한 데이터베이스에 접근하여 조건에 맞는 데이터를 검색한다. 그리고 검색결과를 클라이언트로 보낸다.

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클라이언트/서버 네트워킹

다. 혼합모델

피어투피어 네트워크와 클라이언트/서버 네트워크간의 차이점은 명확하지 않다. 따라서 요즘의 경우에는 피어투피어 네트워크와 클라이언트/서버 네트워크가 혼합된 모델의 네트워크를 사용하는 경우가 많다. 즉, 리소스 관리 등은 중앙 서버에서 담당하고, 각 워크 그룹 안에서는 피어투피어 네트워크로 서로의 컴퓨터에 접근할 수 있는 네트워크를 사용하는 것이다.

1.8.1.2 시스템 운용방식에 따른 분류

가. 중앙 집중식 컴퓨팅

1950년대 혹은 1960년대에 나온 초기의 컴퓨터들은 현재 사용하는 데스크탑 컴퓨터(PC)와는 많이 다른 모습이었다. 지금의 PC 보다 못한 성능이지만 그 크기와 가격은 일반인들이 소유하기엔 거의 불가능한 수준이었다. 그러나 초기의 컴퓨터들은 그 당시의 수준에 비추어 상상할 수도 없는 엄청난 성능을 갖고 있었고 실제로 그 기대를 충족시켜 주는 많은 작업을 수행했다. 이 당시의 컴퓨터들은 천공카드 등을 사용하여 작업을 수행하였고 그 후에 터미널이 개발되어 이를 통해 일반 사용자들이 중앙컴퓨터를 통한 작업수행이 가능해졌다. 하지만 터미널은 독립적인 처리 능력을 갖지 못한 단지 중앙컴퓨터에 연결된 입출력 장치에 불과 했다. 모든 처리는 여전히 메인 프레임에서 수행되었고, 이런 이유로 이러한 방식을 중앙 집중식 컴퓨팅이라 한다. 그리고 이러한 모델에서 네트워크는 강력한 중앙 컴퓨터끼리 명령들을 전송하고 결과를 받기 위한 목적으로만 사용되었다. IBM과 Digital(DEC), HP 네트워크의 일부 모델이 이러한 방식을 사용하였다.
■ 중앙 집중식의 장점
- 대규모 작업수행에 대한 효율이 좋다.
- 모든 처리는 중앙의 메인 프레임 컴퓨터에서 수행되기 때문에 관리 가 용이하다
- 터미널들은 중앙 컴퓨터에 연결되고 단지 입출력 장치의 기능을 갖 기 때문에 제한된 접근이 가능하다.
■ 중앙 집중식의 단점
- 대기업이나 대규모 공공기관에서 우수한 성능을 보여주지만 중 소 규모 조직에서의 활용도가 떨어진다.
- 가격이 고가이므로 중 소규모 기업체에서 운용하기엔 비용이 많이 들고 전문 관리인에 의한 지속적인 관리가 필요하기 때문에 관리에 대한 부담이 크다.
나. 분산형 컴퓨팅
PC가 개발 보급됨에 따라 각 기업체에서는 이를 활용하여 업무에 적용하는 방법에 주목하게 되었다. PC들은 사용자들에게 각자의 독립적인 사용공간과 독자적인 수행능력을 제공해 주어서 중앙 컴퓨터들에 의지하지 않고 직접 데이터를 처리하여 저장할 수 있게 되었다. 당연히 업무수행의 효율을 증가시키게 되었다. 또한 PC들을 연결한 네트워크는 고가의 중앙 컴퓨터에 연결되어 사용되는 터미널 시스템에 비하여 아주 저렴하게 이러한 기능을 수행할 수 있기 때문에 비용에 부담을 느껴 네트워크 구축을 망설이던 여러 기업체 혹은 단체들에겐 희소식이 아닐 수 없었다. 또한 네트워크는 많은 컴퓨터들이 서로 보유한 데이터를 교환하고 주변 장치나 각 서비스들을 공유할 수 있도록 발전하였다. 또한 네트워크로 연결된 각 컴퓨터들은 각각의 목적에 맞게 컴퓨터 기능을 전문화시킬 수 있게 되었다. 이와 같이 중앙 컴퓨터에서 처리되던 기능을 네트워크에 연결된 여러 개의 컴퓨터에서 분산하여 처리하는 것을 분산형 컴퓨팅이라고 한다.
■ 분산형 컴퓨팅의 장점
- 구축비용이 저렴하다.
- 신속하고 즉각적인 업무 수행이 가능하다.
- 관리가 상대적으로 용이할 뿐만 아니라 그 비용이 역시 저렴하다.
다. 공동형 컴퓨팅
하드웨어 공유에 편중되어 사용되는 분산형 컴퓨팅을 보완하는 개념에서 나온 것이 바로 공동형 컴퓨팅이다. 이 것은 분산형 컴퓨팅으로 구성된 컴퓨터들이 각각의 데이터, 자원 그리고 각 서비스에 대한 처리능력까지도 공유한다는 점에서 분산형 컴퓨팅과는 구별이 된다. 예를 들어, 각기 다른 성능을 가진 두 대의 컴퓨터에서 성능이 낮은 컴퓨터는 작업처리가 힘든 일을 네트워크로 연결된 다른 고성능의 컴퓨터에게 실행을 의뢰하고 그 결과를 받아오는 방식을 공동형 컴퓨팅이라고 한다. 중앙 집중식 컴퓨팅에서의 작업처리 방법과 비슷한 점 때문에 혼란이 올 수 있지만 공동형 컴퓨팅은 다른 컴퓨터의 수행 능력까지 공유한다는 점에서 분명한 차이가 있다. 또한 이는 다시 말해서 한 개의 작업을 두 개 이상의 컴퓨터에서 동시수행도 가능하다는 것을 의미한다. 이와 같은 공동형 컴퓨팅의 대표적인 예가 클라이언트/서버 시스템이다. 예를 들어 설명하면 클라이언트 컴퓨터는 작업 중에 서버로부터의 처리가 필요한 경우(예를 들어 데이터베이스의 데이터 검색 등)에는 서버에게 특정 작업의 처리를 요청한다. 그러면 서버는 클라이언트로부터 요구받은 내용을 수행하여 그 결과를 다시 클라이언트에게 돌려주고 이를 전달받은 클라이언트는 이 부분을 자신의 작업에 포함시켜 처리한다. 이것은 클라이언트와 서버에 존재하는 모든 프로세서와 메모리 자원들을 사용하는 효율적인 방법이라고 할 수 있다. 공동형 컴퓨팅은 반드시 네트워크로 연결되어야만 가능하며 네트워크 연결 없이는 구현될 수 없다. 또한 네트워크의 성능이 전체 시스템 성능의 많은 부분을 차지하게 된다.
■ 공동 컴퓨팅 모델의 필요 요소
- 네트워크로 연결되어야 한다.
- 공동 환경을 이용할 수 있도록 설계된 소프트웨어가 있어야한다(예를 들어 MS-SQL 서버, ORACLE WorkGroup 서버 등)

1.8.2 토폴로지

앞에서 우리는 네트워크의 리소스를 사용하는 방법에 따라서 네트워크를 피어투피어 네트워크와 서버에 기반 한 네트워크로 나누어 보았다. 그러면 네트워크를 구성하는 구성요소들의 물리적인 연결 형태 즉, 토폴로지에 따라서 네트워크의 유형을 나누어 보면 다음과 같은 것들이 있다.

1.8.2.1 버스 토폴로지

버스 토폴로지(Bus Topology)란 개방된 케이블에 컴퓨터들이 연결된 형태를 말한다. 이 케이블을 버스라고 부른다. 특정 컴퓨터에서 신호를 보내면, 이 신호는 케이블의 양방향으로 전달되고 버스에 연결된 컴퓨터들은 보내온 신호를 받아서 자신에게 전송된 신호인지를 확인하여 자신에게 전송되어 온 것이면 신호를 처리하게 되고, 다른 컴퓨터들은 신호를 무시하게 된다. 그런데 여기서 한 가지 생각 해주어야 할 것은 신호가 언제까지 케이블에 남아 있는가 하는 것이다. 특정 컴퓨터에서 보내는 신호는 양방향으로 진행되기 때문에 연결된 모든 컴퓨터가 수신한 신호가 그대로 케이블에 남아 있다가 케이블 끝에 도달한 후에 반대 방향으로 다시 전달될 수 있기 때문에, 이러한 현상이 계속되면 다른 컴퓨터는 해당 신호를 수신하느라 자신이 송신해야 할 신호를 보내지 못하고 마는 결과가 초래될 수 있다. 그래서 케이블의 양쪽 끝을 막아주게 되는데, 이때 사용되는 것이 종단저항(Terminator) 라는 것이다.

버스 토폴로지를 채용하여 얻을 수 있는 장점은 케이블과 네트워크 카드만 있으면 네트워크를 구축할 수 있으므로, 그 구축이 간단하다는 점을 들 수 있다. 케이블로는 씬 케이블(Thin Cable)이 많이 사용된다. 네트워크를 확장하는 목적으로 다양한 형태의 커넥터를 사용할 수도 있다. 버스 토폴로지는 구축이 쉽다는 장점이 있지만, 만일 케이블의 어느 한 곳이 끊어진다면 통신이 불가능해 진다는 단점이 있다. 또 다른 문제점은 네트워크에 연결될 수 있는 컴퓨터의 댓수에 제한이 있다는 것이다. 많은 컴퓨터가 연결될수록 보내진 신호를 확인하는 컴퓨터의 수가 늘어나게 되고, 이는 전송을 지연시키는 요인이 된다. 다시 말해서 네트워크의 트래픽이 늘어날 수록 네트워크의 성능이 떨어지게 되는 것이다. 전송 거리에 대한 제한도 중요한 단점으로 꼽을 수 있다. 케이블을 따라서 전송되는 신호는 케이블의 저항에 의해 점점 약해지기 때문에 신호 전송 거리에 한계가 있을 수밖에 없다. 그러므로 버스형 네트워크에서는 전송거리를 확장하기 위해서 리피터라고 하는 신호 증폭기를 사용하는데, 리피터를 사용해도 최대 전송거리는 925미터 범위에서만 네트워크의 전송 거리를 확장할 수 있다.

<그림 1-21>

버스 토폴로지

1.8.2.2 링 토폴로지

링 토폴로지(Ring Topology)는 버스 토폴로지를 원 형태로 바꾼 것이라고 생각하면 된다. 즉, 네트워크의 양끝에 있는 종단저항을 제거하고, 양 끝단을 서로 연결한 형태이다.

링 토폴로지의 장점은 첫째 메시지 전송 권리를 나타내는 토큰을 사용하므로, 네트워크에 연결된 컴퓨터는 메시지 전송에 관한 한 똑같은 권리를 갖는다. 둘째 버스 토폴로지와 마찬가지로 역시 구축이 쉽다. 세째 이웃한 컴퓨터에 신호를 전달해줄 때 신호를 증폭하게 되므로, 전달되는 신호가 약해지는 것과 같은 문제점이 발생하지 않는다. 이에 반해 링 토폴로지의 단점은 첫째 연결된 컴퓨터 중의 하나가 다운(Down)되면 전체 시스템이 제대로 작동하지 않게 된다. FDDI를 이용한 네트워크에서는 이러한 문제점을 막기 위하여 더블 링을 사용하기도 한다. 둘째 새로운 컴퓨터를 연결하려면, 링의 연결을 끊고 새로운 컴퓨터를 추가해야 함으로 네트워크 서비스를 중단해야 하는 문제점이 있다.

<그림 1-22>

링 토폴로지와 링 토폴로지에서 데이터 흐름

1.8.2.3 스타 토폴로지

스타 토폴로지(Star Topology)는 별 모양으로 네트워크를 구축하는 형태를 말한다. 스타 토폴로지의 중심에는 허브(혹은 멀티포트 리피터)라는 장치가 자리하고 있는데, 각 컴퓨터는 이 허브에 의해서 연결된다. 스타 토폴로지는 버스 토폴로지와 많은 유사점을 가지고 있다. 첫째로 두 토폴로지 모두 어느 한 시점에 오직 한 개의 컴퓨터만이 신호를 전송할 수 있다. 두 대의 컴퓨터가 동시에 신호를 전송하거나, 여러 개의 컴퓨터가 동시에 신호를 보내는 것은 불가능하다. 또한 전송되는 신호는 모든 컴퓨터에 전달되고 목적지 주소를 확인하는 작업은 연결된 모든 컴퓨터에서 행하게 된다. 하지만, 버스 토폴로지에서 와는 달리, 스타 토폴로지에서는 연결된 컴퓨터 중의 어느 한대가 다운(Down)되었다고 하더라도 전체적인 네트워크 기능 수행에는 아무런 문제가 없다. 허브를 통해서 모든 신호가 들어가고, 나가기 때문이다.

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허브를 사용한 스타 토폴로지

스타 토폴로지의 장점은 첫째 연결된 컴퓨터 중의 하나가 다운되어도 전체 네트워크 기능 수행에는 전혀 문제가 없다. 둘째 네트워크 연결이 컴퓨터와 컴퓨터 사이에 이루어지는 것이 아니라, 컴퓨터와 허브 사이에 이루어지므로, 문제가 생기면 쉽게 해결할 수 있게 된다. 세째 네트워크에 추가로 새로운 컴퓨터를 연결하는 것이 손쉽다. 하지만, 다음과 같은 단점도 가지고 있다. 첫째 버스 토폴로지나 링 토폴로지 보다는 케이블링에 더 많은 경비가 소요된다. 모든 케이블이 허브로부터 각 컴퓨터에 개별적으로 연결되어야 하기 때문이다. 둘째 허브에 문제가 생기면 네트워크 전체가 작동하지 않게 된다. 그 만큼 허브 의존적이다. 세째 각 케이블이 가지는 물리적인 전송 한계 때문에 네트워크가 확장될 수 있는 거리 제한이 있다. 링 토폴로지를 생각해보면, 예를 들어서 케이블이 가지는 전송 한계가 100미터라고 하고, 다섯 개의 컴퓨터가 연결되었다면 전체 네트워크 전송 거리는 500미터가 된다. 하지만, 스타 토폴로지에서는 허브로부터 각 컴퓨터로 케이블이 뻗어 나므로, 전체 네트워크 전송 거리는 케이블이 가지는 전송 한계인 100미터가 되고 만다. 실제로 허브로부터 각 컴퓨터까지의 거리는 100미터가 한계이다.

스타 토폴로지는 관리의 용이성과 구축비용이 비교적 저렴하다는 이유 때문에 현재 가장 많이 사용되는 토폴로지 이다.

1.8.2.4 혼합 토폴로지

위에서 언급한 세 가지는 기본 토폴로지로 네트워크를 구축 할 때에 이들 세 가지 기본 토폴로지만을 사용하는 것은 아니라 기본 토폴로지를 변형한 혼합 토폴로지도 많이 사용된다. 혼합 토폴로지 중에서 가장 많이 사용되는 토폴로지 몇 가지를 간단하게 살펴보도록 하자.

가. 스타 버스 토폴로지

여러 개의 스타 토폴로지를 버스 네트워크로 연결한 형태이다. 스타 토폴로지를 적용하여 구축한 네트워크를 확장시킬 경우에 나타날 수 있는 형태이다. 예를 들어서 다섯 대의 컴퓨터를 허브에 연결한 형태로 랜을 구축했다가, 컴퓨터를 추가하기 위하여 또 다른 허브를 구입해 설치하는 식으로 네트워크를 확장한 형태이다. 사무실이 여러 개의 층에 나뉘어 있는 경우에 적용할 수 있는 토폴로지 이기도 하다.

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스타 버스 토폴로지 네트워크

나. 스타 링 토폴로지

컴퓨터가 허브에 의해서 연결되는 것은 스타 토폴로지와 같지만, 허브 내부에서 각 케이블이 고리 구조로 연결되는 토폴로지를 말한다. 대부분의 토큰 링 네트워크는 스타 링 토폴로지 형태로 구현된다. 스타 링 토폴로지의 가장 커다란 장점은 스타 토폴로지의 장점에 링 토폴로지가 제공하는 동등한 네트워크 접속 권한이 보장된다는 것이다. 하지만, 스타 토폴로지가 가지고 있는 단점은 그대로 존재한다.

<그림 1-25>

스타 링 토폴로지

다. 메쉬 토폴로지

메쉬 토폴로지(Mesh Topology)는 네트워크 상의 모든 컴퓨터들이 전부 연결되도록 한 형태의 토폴로지를 말한다. 메쉬 토폴로지의 가장 커다란 장점은 어떠한 경우에도 네트워크가 동작된다는 점이다. 즉, 연결된 컴퓨터 중의 하대가 다운(Down)되었다고 하더라도, 다른 신호 경로를 통해서 신호를 전달받을 수 있으므로, 네트워크 작동이 중단되는 경우란 거의 없을 것이다. 하지만, 네트워크에 연결된 컴퓨터의 댓수가 많은 경우, 이들을 일일이 연결하여야 함으로 케이블 구입 비용이 많이 들게되고 또한 케이블들이 복잡하게 연결되어서 네트워크의 관리가 어렵다.

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메쉬 토폴로지

지금까지 여러 가지 형태의 토폴로지에 관하여 살펴보았다. 이 중에서 어떤 토폴로지가 제일 좋을까 하는 것은 자신의 요구사항을 충족시켜 주는 토폴로지가 가장 좋은 토폴로지 일 것이다. 예를 틀어서 두2∼3대의 컴퓨터를 갖춘 사무실에 대해서 메쉬 토폴로지를 사용한다는 것은 너무 과잉 투자가 될 수 있지만, 통신 효율성이 반드시 보장되어야 할 경우에는 메쉬 토폴로지의 적용도 고려할 수 있기 때문이다. 따라서 토폴로지를 선택할 때에 가장 중요한 것은 왜 네트워크를 필요로 하는가 하는 기본적인 질문에 대한 답을 스스로 해보는 것이다. 그 다음에 소요되는 비용, 거리, 설치 시간, 물리 적인 환경 등을 고려해서 알맞은 형태의 토폴로지를 선택하면 될 것이다. 일반적으로 토폴로지를 선택할 때 고려하여야 할 것은 다음과 같다.

① 비용이 적게 들고, 적은 규모에 적합한 토폴로지는 버스 혹은 스타 토폴로지 이다.

② 향후 확장이 용이한 형태의 네트워크를 구축하고자 한다면, 설정이 쉬운 스타 토폴로지가 알맞다. 또한 상대적으로 작은 공간 에 많은 컴퓨터를 연결하려는 경우에는 스타 버스 토폴로지가 알맞다.

③ 네트워크 트래픽 량이 많은 경우에 동일한 접속 권한을 보장하고자 한다면, 링 토폴로지가 알맞다.
④ 네트워크 장애의 발생여부가 중요한 요소가 되는 경우 즉, 네트워크 장애가 일어나서는 안될 상황이라면 메쉬 토폴로지가 알맞다.