[Network] Network Type and Topologies

이번 포스팅에는 네트워크의 정의, 유형, 토폴로지에 대해서 간략한 이론을 설명하고자 한다.

먼저 네트워크의 개념부터 살펴보자면

what is a network?

A network is a collection of network-enabled devices, typically made up of computers, switches, routers, printers, and servers. Networks are a fundamental part of day-to-day life and exist in homes, workplaces, and public areas. Networks allow all types of network-enabled devices to communicate.

네트워크는 일반적으로 컴퓨터, 스위치, 라우터, 프린터 및 서버로 구성되는 네트워크 지원 디바이스 모음이다. 네트워크는 일상생활의 필수 요소로, 가정과 직장 및 공공 장소에 존재한다. 네트워크를 사용하면 어떤 유형의 네트워크 사용 장치도 통신할 수 있다.

전자용어 사전에 따르면 컴퓨터 시스템에서 2대 이상의 설치목적이 다른 시스템을 서로 다른 시스템의 자원을 공유할 목적으로 통신선을 결합한 것이라 할수 있다.

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Type of Network

1) PAN - Personal Area Network

PAN(개인 영역 네트워크)은 개인의 네트워킹 필요를 충족합니다. PAN의 예는 액세스 포인트 또는 기타 타사 네트워크 서비스에 연결하지 않고도 서로 연결되어 데이터를 공유하는 스마트폰, 스마트 워치, 태블릿 및 노트북입니다. PAN 네트워크는 저전력 단거리 데이터 공유 기능을 제공하며, 따라서 대부분 Bluetooth, UWB, IrDA, Zigbee를 사용하여 통신합니다. PAN에 연결된 표준 네트워크는 Bluetooth 및 IEEE 802.15입니다. 보통의 경우 PAN을 말할 때에는 모바일 컴퓨팅(Mobile Computing)이나 웨어러블 컴퓨팅(Wearable Computing)적인 성격이 강합니다.

PAN 거리 : PAN은 한 사람을 중심으로 주변에 형성된 컴퓨터 네트워크를 의미하고, 이는 보통 최대 10m(33피트) 정도의 거리를 의미

PAN 속도 : Bluetooth 연결의 경우 2~54Mbps 정도의 속도를 보여주고, UWB의 경우에는 675 Mbps 정도의 속도

A personal area network (PAN) provides networking needs around an individual. An example of a PAN is where a smartphone, smartwatch, tablet, and laptop all connect and share data without the need to connect to an access point or other third-party network services. PAN networks typically use Bluetooth to communicate because it provides a low-power, short-range data-sharing capability. The network standards associated with a PAN are Bluetooth and IEEE 802.15.

2) LAN - Local Area Network

LAN(로컬 영역 네트워크)은 단일 위치에서의 네트워킹 필요를 해소합니다. 조직의 사무실, 학교, 대학, 병원, 공항 등이 이러한 위치가 될 수 있습니다. LAN은 대부분 개인 소유이며, 액세스하려면 인증 및 권한 부여가 필요합니다. 네트워크에는 다양한 유형이 있지만 LAN을 가장 자주 사용합니다. 이더넷과 와이파이는 근거리 통신망에 사용하기 위해 흔히 쓰이는 기술 2가지입니다.현재는 이더넷(Ethernet)이라는 인터넷 프로토콜인 TCP/IP를 사용하는 것이 일반적입니다. 요즘은 무선 방식의 발전으로 무선랜(IEEE 802.11 시리즈)가 보급되고 있습니다. LAN 사용은 일반적으로 특정 자원 을 공유 하는 데 사용됩니다 . 예를 들어, 데이터 공유 , 프린터 공유 및 기타입니다.

LAN 거리 : 최대 1km 도달가능

A local area network (LAN) provides networking needs around a single location. This location might be an organization's office, a school, a university, a hospital, an airport, and many others. A LAN is usually privately owned and needs authentication and authorization to access. Of the different classifications of a network, a LAN is by far the most commonly used.

3) MAN -Metropolitan Area Network

MAN(도시 지역 통신망)은 도시 또는 대도시권 지역 내의 서로 다른 두 위치 간에 네트워킹 기능을 제공하여, 광범위한 단일 네트워크를 제공합니다. 일반적으로 MAN에는 MAN에 가입한 각 LAN 간의 전용 보안 연결이 필요합니다.

MAN 거리 : 최대 50km 도달가능

A metropolitan area network (MAN) provides networking capabilities between two different locations within a city or metropolitan area to provide a single extensive network. Typically, a MAN requires a dedicated and secure connection between each LAN joined to the MAN.

4) WAN - Wide Area Network

WAN(광역 네트워크)는 (특정 지역 내 또는 전 세계의) 서로 다른 두 지리적 위치 간의 네트워킹 기능을 제공합니다. 예를 들어 WAN을 사용하여 조직의 본사와 전국의 지사를 연결할 수 있습니다. WAN은 여러 LAN을 연결하여 하나의 강력한 네트워크를 만듭니다. MAN에서는 VPN(가상 사설망)을 사용하여 여러 LAN 간의 연결을 관리합니다.광역 통신망은 종종 전용선과 함께 구성됩니다.

WAN 거리 : 최대 1000km 도달가능

A wide area network (WAN) provides networking capabilities between two different geographical locations locally or worldwide. For example, a WAN is used to connect an organization's head office with branch offices all over the country. A WAN links multiple LANs together to create one super network. As a MAN, you use a virtual private network (VPN) to manage the connection between different LANs.

 

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Differences between LAN and WAN networks

Several aspects set a LAN apart from a WAN. Knowing what these items are makes it easier to plan the services to deploy across these networks.

A LAN is a privately operated network typically contained in a single building.	A WAN is used to connected geographically separate offices to each other. Multiple organizations might operate WANs.
A LAN operates at speeds of 10 Gbps or higher.	A WAN typically operates at speeds of less than 1 Gbps.
A LAN is less congested compared to other network types.	A WAN is more congested compared to other network types.
A LAN can be managed and administrated in-house.	A WAN typically requires the use of a third party to configure and set up, which increases cost.

LAN은 일반적으로 단일 건물에 포함된 개인 운영 네트워크입니다.	WAN은 지리적으로 떨어진 사무실을 서로 연결하는 데 사용합니다. 다양한 조직에서 WAN을 사용합니다.
LAN은 10Gbps 이상의 속도로 작동합니다.	WAN은 일반적으로 1Gbps 미만으로 작동합니다.
LAN은 다른 네트워크 유형에 비해 덜 정체됩니다.	WAN은 다른 네트워크 유형에 비해 더 정체됩니다.
LAN은 사내에서 관리 및 운영할 수 있습니다.	WAN은 대부분의 경우 타사가 구성 및 설정해야 하므로, 비용이 증가합니다.

 

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Network topologies

A network topology describes the physical composition of a network

통신 노드의 외형적인 연결모양, 통신망을 구성하기 위한 물리적 결선 방식, 다수의 디바이스가 통신 링크로 상호 연결되어 있는 방식/형태/모양을 의미

1) Bus topology

In a bus topology, each network device is connected to a single network cable. Even though it's the simplest type of network to implement, there are limitations to it. The first limitation is the length of the main cable or bus. The longer it gets, the higher the chance of signal dropout. This limitation constrains the physical layout of the network. All devices have to be physically located near each other, for example, in the same room. Finally, if there's a break in the bus cable, the whole network fails.

버스 토폴로지에서 각 네트워크 디바이스는 단일 네트워크 케이블에 연결됩니다. 가장 간단한 네트워크 유형을 구현하는 경우에도 제한 사항이 있습니다. 첫 번째 제한은 기본 케이블 또는 버스의 길이입니다. 시간이 길수록 신호 드롭아웃 가능성이 높아집니다. 이러한 제한은 네트워크의 물리적 레이아웃을 제한합니다. 모든 디바이스는 같은 방처럼 물리적으로 서로 가까운 곳에 있어야 합니다. 마지막으로, 버스 케이블이 끊어지면 전체 네트워크에 장애가 발생합니다. 본래의 신호에 코드화 되었는 주소와 일치하는 주소를 가진 컴퓨터만 반응한다.

2) Ring topology

In a ring topology, each network device is connected to its neighbor to form a ring. This form of network is more resilient than the bus topology. A break in the cable ring also affects the performance of the network.

링 토폴로지에서는 각 네트워크 디바이스가 해당 환경에 연결되어 링을 형성합니다. 이 형식의 네트워크는 버스 토폴로지보다 복원력이 뛰어납니다. 케이블 링의 중단은 네트워크 성능에도 영향을 줍니다. 정보흐름은 시계방향으로 원을 따라 흐르고 개별 컴퓨터들이 리피터 처럼 신호를 강화하여 다음 컴퓨터로 전송한다. 각 노드는 데이터의 송수신을 제어하는 제어논리(토큰)을 보유하고 있으며 token passing 방식으로 데이터를 전송한다. 즉 토큰을 가진 노드만 통신이 가능하다. 장애 발견시 데이터가 왔던 경로로 돌아간다.

3) Mesh topology

The mesh topology is described as either a physical mesh or a logical mesh.

In a physical mesh, each network device connects to every other network device in the network. It dramatically increases the resilience of a network but has the physical overhead of connecting all devices. Few networks today are built as a full mesh. Most networks use a partial mesh, where some machines interconnect, but others connect through one device.

There's a subtle difference between a physical mesh network and a logical one. The perception is that most modern networks are mesh based, since each device can see and communicate with any other device on the network. This description is of a logical mesh network and is primarily made possible through the use of network protocols.

메시 토폴로지는 실제 메시 또는 논리적 메시로 설명됩니다.

실제 메시에서 각 네트워크 디바이스는 네트워크의 다른 모든 네트워크 디바이스에 연결됩니다. 네트워크의 복원력은 크게 증가하지만, 모든 디바이스를 연결하기 때문에 물리적 오버헤드가 발생합니다. 현재는 소수의 네트워크만 풀 메시로 구축됩니다. 대부분의 네트워크에서는 부분 메시를 사용합니다. 부분 메시에서는 일부 머신은 상호 연결되지만 다른 머신은 같은 디바이스를 통해 연결됩니다.

실제 메시 네트워크와 논리 네트워크 간에는 미묘한 차이가 있다는 점을 유의하세요. 대부분의 최신 네트워크는 메시 기반인데, 각 디바이스가 네트워크 상의 다른 모든 디바이스를 확인하고 통신할 수 있기 때문입니다. 이 설명은 논리 메시 네트워크에 관한 설명이며, 주로 네트워크 프로토콜을 사용하여 구현됩니다.

통신선로의 총 길이가 가장 긴 네트워크 구조이다. 공중 통신망에 많이 사용된다.

4) Star topology

The star topology is the most commonly used network topology. Each network device connects to a centralized hub or switch. Switches and hubs can be linked together to extend and build more extensive networks. This type of typology is, by far, the most robust and scalable.

 

별모양 토폴로지는 가장 일반적으로 사용되는 네트워크 토폴로지입니다. 각 네트워크 디바이스는 중앙 집중식 허브 또는 스위치에 연결됩니다. 스위치와 허브를 함께 연결하여 더 광범위한 네트워크를 확장하고 빌드할 수 있습니다. 현재까지는 이 유형의 토폴로지가 가장 강력하고 확장 가능합니다. Point to Point 방식으로 회선을 연결하며, 모든 장치들은 중앙컴퓨터를 통해서만 데이터를 교환한다. 한 장치가 고장나면 다른 장치에 영향을 주진 않지만 중앙 컴퓨터가 고장이 나면 전체 통신망이 멈추게 된다.

5) Tree topology

A tree topology is a combination of a star network topology and a bus topology. In tree topology, nodes of the underlying bus network topology are replaced with a complete star topology.

There are certain special cases where tree topology is more effective:

• Communication between two networks
• A network structure which requires a root node, intermediate parents node, and leaf nodes (just like we see in an n-tree) or a network structure which exhibits three level of hierarchy because two level of hierarchy is already displayed in the star topology.

중앙 컴퓨터와 일정 지역의 단말장치까지는 하나의 통신 회선으로 연결되고 이웃하는 단말장치는 일정 지역내에 설치된 중간 단말 장치로 부터 다시 연결됨 접속되는 단말기의 숫자에 맞는 통신장비 이용이가능하다. multipoint 데이터 통신망이다. 분산처리시스템을 구성하는 방식으로 사용된다. 데이터는 양방향으로 모든 노드에 전송가능하다. 통신선로의 총길이가 가장 짧은 구조이다.

 

 

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아래의 표는 각 토폴로지의 장 단점을 나눠놓은 표이다.

Network Topologies	Advantages	Disadvantages
Bus	- 한개의 통신 회선에 장치가 여러대 연결되어 있는 간단한 구조 - 장치(컴퓨터)의 추가와 제거가 매우 용이 - 장치(컴퓨터)가 고장나더라도 전체 통신망에 영향을 주지 않아 신뢰성이 높음 - 가장 적은양의 케이블 사용 - 비용이 적게 듦	-장애발생시 위치추적이 어려움 -버스의 연결부위나 가로로 된 공유하는 회선에 문제가 생길경우 전체 네트워크가 중단 - 한번에 한 컴퓨터만 전송가능하다 - 연결된 컴퓨터 수에 따라 네트워크 성능이 좌우 -거리제약이 있다.
Ring	- 모든 장비에 똑같은 접속기회를 제공 - 단방향 통신으로 신호 증폭이 가능하여 거리 제약이 적음 - 네트워크 전송상의 충돌이 없고 - 노드의 숫자가 증가해도 전체적인 성능의 저하가 적음 - 경제적 네트워크 구성이 가능	- 버스 방식보다 많은 양의 케이블을 사용하므로 설치비용이 비쌈 - 하나의 컴퓨터에 이상이 발생하면 전체 네트워크에 문제가 생긴다. - 노드의 추가 삭제가 용이하지 않음 - 노드의 문제가 발생했을 경우에 전체 네트워크가 중단될 수 있음 즉, 장애가 복구 될 때까지 데이터가 loop를 벗어나지 못함 -토큰이 없는 노드는 통신이 불가하다.
Mesh	- 장애에 가장 강하고 가장 안전함 -목적지까지 여러 개의 경로가 존재하기 때문에 한곳에 장애가 생겨도 다른 경로를 통해 데이터를 전송 - 목적지까지 여러 개의 경로중 가장 빠른 경로를 이용하기 때문에 가용성과 효율성이 뛰어남: 많은 양의 데이터 송수신 가능	- 여러 토폴리지 가운데 설치 비용이 가장 비쌈- 네트워크 관리가 힘들다.즉, 규모가 큰 네트워크라면 항상 관리해야 할 엄청난 양의 네트워크 회선과 장비의 상태 : 운영비용이 고가
Star	- 중앙에 허브를 두고 컴퓨터가 별 모양으로 연결되어 있어 설치와 재구성이 쉬움 - 장애 발견이 쉬움 - Network 관리가 쉬움 - 하나의 장애가 다른 네트워크 장비에 영향을 주지 않음 - 고속의 네트워크에 적합	- HUB가 고장났을때 전체 Network에 충돌이 일어남 - 많은 양의 케이블을 사용하므로 설치비용이 비쌈 - 노드가 증가하면 네트워크 복잡도도 증가
Tree	- 통신 회선수 절약과 통신선로가 짧음 - 네트워크 확장 용이 - 네트워크의 신뢰도가 높다	- 상위 노드 문제시 하위 노드 모두에 영향 미침 - 중앙 지점에서 병목현상 발생 가능 : 특정노드에 트래픽이 집중화 되면 네트워크 속도저하 - 중앙 지점 고장 발생 시 네트워크 마비

 

 

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Reference

출처 1: docs.microsoft.com/ko-kr/learn/modules/network-fundamentals/

컴퓨터 네트워킹의 기본 사항 - Learn

출처 2 : ko.wikipedia.org

위키백과, 우리 모두의 백과사전

출처 3 : www.geeksforgeeks.org/difference-between-ring-topology-and-tree-topology/

Difference between Ring Topology and Tree Topology - GeeksforGeeks

 출처 4 : www.geeksforgeeks.org/difference-between-mesh-topology-and-tree-topology/

Difference between Mesh Topology and Tree Topology - GeeksforGeeks