컴퓨터 네트워크의 토폴로지는 무엇입니까?

컴퓨터 네트워크의 토폴로지란 온라인 컴퓨터나 장비 및 전송 매체가 형성하는 노드와 라인의 물리적 구조를 말하며 주로 스타 토폴로지, 버스 토폴로지, 링 토폴로지, 트리 토폴로지, 하이브리드 토폴로지, 메시 토폴로지, 스위칭 등이 있습니다. 전원 공급 장치 토폴로지 중 스타 네트워크 토폴로지가 가장 널리 사용되는 네트워크 토폴로지입니다.

이 튜토리얼의 운영 환경: Windows 7 시스템, Dell G3 컴퓨터.

컴퓨터 네트워크 토폴로지는 컴퓨터로 구성된 네트워크 중 장치의 분포 및 연결 상태를 나타냅니다. 이 두 개를 맵에 그려 토폴로지 맵을 형성합니다. 일반적으로 장비의 위치, 장비의 명칭 유형, 장비간 연결매체의 종류 등을 도면에 표시하여야 한다. 물리적 토폴로지와 논리적 토폴로지의 두 가지 유형으로 나뉩니다.

컴퓨터 네트워크의 토폴로지

컴퓨터 네트워크의 토폴로지는 온라인 컴퓨터나 장비, 전송 매체에 의해 형성된 노드와 라인의 물리적 패턴을 말합니다. 네트워크 노드에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 노드 스위치, 허브 및 터미널 컨트롤러를 포함하여 정보를 변환하고 교환하는 전송 노드이고, 다른 하나는 컴퓨터 호스트 및 터미널을 포함하는 액세스 노드입니다. 선은 유형 및 무형의 다양한 전송 매체를 나타냅니다.

구성

모든 네트워크 구조는 노드, 링크 및 경로로 구성됩니다.

1. 노드(Node): 네트워크 유닛이라고도 하며 네트워크 시스템의 각종 데이터 처리 장비, 데이터 통신 제어 장비 및 데이터 단말 장비입니다. 공통 노드에는 서버, 워크스테이션, 회선, 스위치 및 기타 장비가 포함됩니다.

2. 링크: 두 노드 간의 연결은 물리적 링크와 논리적 링크의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 전자는 실제 통신 회선을 나타내고 후자는 논리적으로 기능하는 네트워크 경로를 나타냅니다.

3. 경로: 정보를 보내는 노드에서 정보를 받는 노드까지의 일련의 노드와 링크, 즉 통신 네트워크를 통해 설정된 일련의 노드 간 링크를 말합니다.

일반적인 유형의 토폴로지

컴퓨터 네트워크는 스타 토폴로지, 버스 토폴로지, 링 토폴로지, 트리 토폴로지, 하이브리드 토폴로지, 메시 토폴로지, 스위칭 전원 공급 장치 토폴로지로 구분됩니다.

스타 토폴로지

스타 토폴로지는 중앙 노드와 중앙 노드에 지점 간 통신 링크를 통해 연결된 다양한 사이트로 구성됩니다. 중앙 노드는 중앙 집중식 통신 제어 전략을 구현하므로 중앙 노드는 상당히 복잡하지만 각 사이트의 통신 처리 부담은 매우 작습니다. 스타 네트워크에서 사용되는 전환 방법에는 회선 전환과 메시지 전환이 포함되며, 회선 전환이 더 일반적입니다. 이 구조에서 채널 연결이 설정되면 연결된 두 사이트 간에 지연 없이 데이터가 전송될 수 있습니다. 널리 사용되는 PBX(Private Branch exchange)는 스타 토폴로지의 전형적인 예입니다.

스타 토폴로지의 장점:

• (1) 간단한 구조, 편리한 연결, 비교적 쉬운 관리 및 유지 관리, 강력한 확장성.

• (2) 네트워크 지연 시간이 짧고 전송 오류가 낮습니다.

• (3) 동일한 네트워크 세그먼트 내에서 다중 전송 미디어를 지원합니다. 중앙 노드에 장애가 발생하지 않는 한 네트워크가 쉽게 마비되지 않습니다.

• (4) 각 노드는 중앙 노드와 직접 연결되어 있어 결함을 쉽게 감지하고 격리할 수 있으며, 결함이 있는 노드를 쉽게 제거할 수 있습니다.

따라서 스타 네트워크 토폴로지는 가장 널리 사용되는 네트워크 토폴로지입니다.

스타 토폴로지의 단점:

• (1) 설치 및 유지 관리 비용이 높음

• (2) 리소스 공유 능력이 좋지 않음

• (3) 하나의 통신 회선은 해당 회선에서만 사용됨 중앙 노드 사용 및 인터넷의 엣지 노드에서는 통신 회선 활용률이 높지 않습니다

• (4) 중앙 노드에 대한 요구 사항이 상당히 높으면 중앙 노드가 실패하면 전체 네트워크가 마비됩니다.

스타 토폴로지는 네트워크의 지능이 중앙 노드에 집중되는 상황에서 널리 사용됩니다. 추세로 볼 때 컴퓨터 개발은 중앙 집중식 호스트 시스템에서 다수의 강력한 마이크로컴퓨터 및 워크스테이션으로 발전했습니다. 이러한 상황에서 전통적인 스타 토폴로지의 사용은 줄어들 것입니다.

버스 토폴로지

버스 토폴로지는 채널을 전송 매체로 사용합니다. 모든 스테이션은 해당 하드웨어 인터페이스를 통해 이 공공 전송 매체에 직접 연결됩니다. 어떤 스테이션에서 보낸 신호는 전송 매체를 따라 전파되며 다른 모든 스테이션에서 수신될 수 있습니다.

모든 스테이션은 공통 전송 채널을 공유하기 때문에 한 번에 하나의 장치만 신호를 전송할 수 있습니다. 분산 제어 전략은 일반적으로 전송할 수 있는 스테이션을 결정하는 데 사용됩니다. 전송 시 송신 ​​스테이션은 메시지를 패킷으로 나눈 다음 이러한 패킷을 하나씩 전송하며 때로는 미디어 전송을 위해 다른 스테이션의 패킷과 교대로 전송합니다. 패킷이 각 스테이션을 통과할 때 대상 스테이션은 패킷이 전달하는 대상 주소를 인식한 다음 이 패킷의 내용을 복사합니다.

버스 토폴로지의 장점:

• (1) 버스 구조에는 케이블 수가 적고 케이블 길이가 짧으며 배선 및 유지 관리가 쉽습니다.

• (2) 버스 구조가 간단하고 소스에서 작동하므로 신뢰성이 높습니다. 전송 속도는 최대 1~100Mbps로 높습니다.

• (3) 확장이 용이하고 사용자 추가 및 축소가 편리하며 구조가 간단하고 네트워킹이 용이하며 네트워크 확장이 편리함

• (4) 여러 노드가 전송 채널을 공유하며 채널 활용률이 높다 .

버스 토폴로지의 단점:

• (1) 버스의 전송 거리와 통신 범위가 제한됩니다.

• (2) 결함 진단 및 격리가 어렵습니다.

• (3) 분산 프로토콜은 정보의 적시 전송을 보장할 수 없으며 실시간 기능이 없습니다. 사이트는 스마트해야 하며 사이트의 하드웨어 및 소프트웨어 오버헤드를 증가시키는 미디어 액세스 제어 기능을 갖추고 있어야 합니다.

링 토폴로지

링 토폴로지에서 각 노드는 종단 간 연결된 폐쇄형 링 통신 회선에서 링 인터페이스를 통해 연결됩니다. 링의 모든 노드는 정보 전송을 요청할 수 있습니다. 요청이 승인되면 정보가 링으로 전송될 수 있습니다. 링 네트워크의 데이터는 한 방향 또는 두 방향으로 전송될 수 있습니다. 링은 공개이므로 노드에서 보낸 정보는 링의 모든 링 인터페이스를 통과해야 합니다. 정보 흐름의 대상 주소가 링에 있는 노드의 주소와 일치하면 해당 정보는 링 인터페이스에서 수신됩니다. 그런 다음 정보는 정보를 보낸 루프 인터페이스 노드로 다시 흐를 때까지 다음 루프 인터페이스로 계속 흐릅니다.

링 토폴로지의 장점:

• (1) 케이블 길이가 짧습니다. 링 토폴로지 네트워크에 필요한 케이블 길이는 버스 토폴로지 네트워크와 유사하지만 스타 토폴로지 네트워크보다 훨씬 짧습니다.

• (2) 워크스테이션을 추가하거나 뺄 때 간단한 연결 작업만 필요합니다.

• (3) 광섬유를 사용할 수 있습니다. 광섬유의 전송 속도는 매우 높으며 이는 링 토폴로지의 단방향 전송에 매우 적합합니다.

링 토폴로지의 단점:

• (1) 노드 장애로 인해 전체 네트워크 장애가 발생합니다. 링의 데이터 전송은 링에 연결된 모든 노드를 거쳐야 하기 때문입니다. 링의 한 노드에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 장애가 발생하게 됩니다.

• (2) 결함 감지가 어렵습니다. 이는 중앙 집중식 제어가 아니며 네트워크의 각 노드에서 오류 감지를 수행해야 하기 때문에 버스 토폴로지와 유사하므로 쉽지 않습니다.

• (3) 링 토폴로지의 미디어 액세스 제어 프로토콜은 모두 토큰 전달을 사용합니다. 로드가 매우 적을 때는 채널 활용도가 상대적으로 낮습니다.

트리 토폴로지

트리 토폴로지는 트리처럼 위에서 아래로 삼각형 모양으로 분포되어 있다는 점을 제외하면 다단계 별 구조로 구성된다고 볼 수 있습니다. 위쪽 가지에는 잎이 적고, 가운데 가지에는 잎이 더 많으며, 아래쪽 가지에는 잎이 가장 많습니다. 트리의 맨 아래는 네트워크의 에지 레이어에 해당하고, 트리의 중간 부분은 네트워크의 집계 레이어에 해당하며, 트리의 상단은 네트워크의 코어 레이어에 해당합니다. 계층적 중앙 집중식 제어 방법을 채택하고 전송 매체는 여러 분기를 가질 수 있지만 각 통신 회선은 양방향 전송을 지원해야 합니다.

트리 토폴로지의 장점:

• (1) 확장이 쉽습니다. 이 구조는 많은 분기와 하위 분기를 확장할 수 있으며 이러한 새 노드와 새 분기를 네트워크에 쉽게 추가할 수 있습니다.

• (2) 결함 격리가 더 쉽습니다. 특정 분기의 노드나 회선에 장애가 발생하면 전체 시스템에서 장애가 발생한 분기를 쉽게 격리할 수 있습니다.

트리 토폴로지의 단점:

• 각 노드는 루트에 너무 의존적입니다. 루트가 실패하면 전체 네트워크가 제대로 작동하지 않습니다. 이러한 관점에서 트리 토폴로지의 신뢰성은 스타 토폴로지의 신뢰성과 다소 유사합니다.

하이브리드 토폴로지

하이브리드 토폴로지는 두 개의 단일 토폴로지를 혼합하고 두 토폴로지의 장점을 취하는 토폴로지입니다.

하나는 스타 토폴로지와 링 토폴로지를 혼합한 "스타-링" 토폴로지이고, 다른 하나는 스타 토폴로지와 버스 토폴로지를 혼합한 "스타-토탈" 토폴로지입니다.

이 두 하이브리드 구조는 유사점이 있습니다. 버스 토폴로지의 두 끝점을 함께 연결하면 링 토폴로지가 됩니다.

하이브리드 토폴로지에서는 집합 계층 장치가 링 또는 버스 토폴로지를 형성하고, 집합 계층 장치와 액세스 계층 장치가 스타 토폴로지를 형성합니다.

하이브리드 토폴로지의 장점:

• (1) 결함 진단 및 격리가 더 편리합니다. 네트워크 장애가 발생하면 어떤 네트워크 장치에 결함이 있는지 진단하고 해당 네트워크 장치를 전체 네트워크에서 격리하기만 하면 됩니다.

• (2) 확장이 쉽습니다. 사용자를 확장하려는 경우 새 네트워크 장치를 추가하거나 설계 중에 새 사이트에 연결할 수 있는 각 네트워크 장치에 예비 연결 포트를 남겨 둘 수 있습니다.

• (3) 설치가 쉽습니다. 네트워크의 메인 링크는 집합 계층 장치에만 연결하면 되며, 그런 다음 분기 링크를 통해 집합 계층 장치와 액세스 계층 장치를 연결해야 합니다.

하이브리드 토폴로지의 단점:

• (1) 네트워크 오류의 자동 진단 및 오류 노드 격리를 실현하려면 지능형 네트워크 장비를 사용해야 합니다. 네트워크 구축 비용은 상대적으로 높습니다.

• (2) 스타 토폴로지와 마찬가지로 집합 계층 장치에서 액세스 계층 장치까지의 케이블 설치 길이가 크게 늘어납니다.

메시 토폴로지

메시 토폴로지. 이러한 구조는 광역 네트워크에서 널리 사용되어 왔으며, 병목 문제나 장애 문제에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 노드 사이에는 많은 경로가 있으므로 데이터 흐름 전송에 적합한 라우팅을 선택하여 실패한 구성 요소나 사용량이 많은 노드를 우회할 수 있습니다. 이 구조는 상대적으로 복잡하고 비용도 상대적으로 높으며 위의 기능을 제공하는 네트워크 프로토콜도 상대적으로 복잡하지만 높은 신뢰성으로 인해 여전히 사용자에게 환영을 받고 있습니다.

메시 토폴로지의 한 가지 응용 프로그램은 BGP 프로토콜입니다. IBGP 피어 간의 연결성을 보장하기 위해서는 IBGP 피어 간에 완전히 연결된 관계, 즉 메시 네트워크가 설정되어야 합니다. AS 내에 n개의 라우터가 있다고 가정하면, 설정해야 하는 IBGP 연결 수는 n(n-1)/2입니다.

메시 토폴로지의 장점:

• (1) 노드 간 경로가 많아 충돌과 혼잡이 줄어듭니다.

• (2) 로컬 장애는 전체 네트워크에 영향을 미치지 않으며 신뢰성이 높습니다.

네트워크 토폴로지의 단점:

• (1) 네트워크 관계가 복잡하고 네트워크 구축이 어려우며 확장이 쉽지 않습니다.

• (2) 네트워크 제어 메커니즘은 복잡하며 라우팅 알고리즘과 흐름 제어 메커니즘을 사용해야 합니다.

스위칭 전원 공급 장치 토폴로지

PWM 기술의 지속적인 개발과 개선으로 스위칭 전원 공급 장치는 높은 비용 성능으로 인해 널리 사용되었습니다. 스위칭 전원 공급 장치에는 다양한 회로 토폴로지가 있습니다. 일반적으로 사용되는 회로 토폴로지는 푸시풀, 풀 브리지, 하프 브리지, 단일 종단 순방향 및 단일 종단 플라이백을 포함합니다. 그중 하프 브리지 회로에서는 전체 사이클에 걸쳐 1차 변압기를 통해 전류가 흐르고 자기 코어가 완전히 활용되며 바이어스 문제가 없으며 사용된 전원 스위치 튜브는 내전압 요구 사항이 낮고 포화 전압이 있습니다. 스위치 튜브의 전압 강하가 최소한으로 감소하므로 입력 필터 커패시터의 전압 요구 사항도 낮아집니다. 위의 많은 이유 때문에 하프 브리지 컨버터는 고주파 스위칭 전원 공급 장치 설계에 널리 사용됩니다.

스위칭 전원 공급 장치에 일반적으로 사용되는 기본 토폴로지는 약 14개입니다.

각 토폴로지는 고유한 특성과 적용 가능한 상황을 가지고 있습니다. 일부 토폴로지는 오프라인(그리드 전원 공급) AC/DC 변환기에 적합합니다. 그 중 일부는 저전력 출력(~200V) 또는 여러 그룹(4~5개 그룹 이상)이 출력 상황에서 이점을 갖습니다. 일부는 동일한 출력 전력에서 더 적은 수의 장치를 사용하거나 장치 수와 신뢰성 사이에서 더 나은 절충안을 갖습니다. 더 작은 입/출력 리플과 노이즈도 토폴로지를 선택할 때 자주 고려되는 요소입니다.

일부 토폴로지는 DC/DC 변환기에 더 적합합니다. 선택할 때 고전력인지 저전력인지, 고전압 출력인지 저전압 출력인지, 가능한 한 적은 부품이 필요한지 여부도 고려해야 합니다. 또한 일부 토폴로지는 자체 결함이 있으며 작동하려면 복잡하고 정량적으로 분석하기 어려운 추가 회로가 필요합니다.

따라서 토폴로지를 적절하게 선택하려면 다양한 토폴로지의 장점과 단점, 적용 범위를 숙지하는 것이 매우 중요합니다. 잘못된 선택으로 인해 전원 공급 장치 설계가 처음부터 실패할 수 있습니다.

스위칭 전원 공급 장치에서 일반적으로 사용되는 토폴로지:

벅 스위칭 레귤레이터 토폴로지, 부스트 스위칭 레귤레이터 토폴로지, 역극성 스위칭 레귤레이터 토폴로지, 푸시-풀 토폴로지, 순방향 컨버터 토폴로지, 더블 엔드 순방향 컨버터 토폴로지, 인터리브 순방향 컨버터 토폴로지, 하프 -브리지 컨버터 토폴로지, 풀 브리지 컨버터 토폴로지, 플라이백 컨버터, 전류 모드 토폴로지 및 전류 피드 토폴로지, SCR 공진 토폴로지, CUK 컨버터 토폴로지

다양한 스위칭 전원 공급 장치 토폴로지 모음이 먼저 제공됩니다. 6가지 기본 DC/DC 컨버터 토폴로지

는 벅, 부스트, 벅-부스트, cuk, zeta, sepic 변환기입니다.

트리 토폴로지의 단점:

• 각 노드는 루트에 너무 의존합니다.

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