전송망 구성형태

왜 배우는가: 철도 통신망에서 주전송 선로의 신뢰도와 확장성은 전송망 구성형태에 따라 달라지므로 설계의 기본 개념이다. 시험에서도 개별 형태의 정의와 여러 형태의 상호 비교가 함께 묻는 경우가 많으므로, 형태별 원리를 먼저 익혀야 비교 답안을 쓸 수 있다.

출제 이력: 제135회 1교시 11번, 제129회 1교시 10번, 제117회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전송망 구성형태는 통신망의 노드와 전송 선로를 연결하는 배치 방식이며, 선형·링·메시 구성이 대표적이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 전송망 구성형태: 노드와 링크를 연결하는 배치 방식
• 선형 구성: 하나의 공통 백본에 노드를 연결하는 방식
• 링 구성: 노드를 고리 모양으로 이어 신호를 한 방향으로 전달하는 방식
• 메시 구성: 노드 사이를 여러 경로로 직접 연결하는 방식
• 이중화: 장애에 대비해 예비 경로를 두는 설계 원리
• 자기치유 링: 한 구간이 끊기면 반대 방향으로 우회하는 링 구성
• 단일 장애점: 한 지점의 고장이 전체 통신을 끊는 위치
• 완전 메시: 모든 노드가 서로 직접 연결된 메시 구성

2. 개념 풀이

정식 정의는 다음과 같다. 전송망 구성형태는 통신망을 이루는 노드(장치)와 링크(전송 선로)가 물리적 또는 논리적으로 연결되는 방식이다. 구성형태는 노드 사이에 경로가 몇 개 존재하는지, 그리고 한 경로가 끊겼을 때 다른 경로로 통신을 이어갈 수 있는지를 결정한다.

원리는 경로의 수와 선로의 공유 방식에서 나온다. 선형 구성은 모든 노드가 하나의 공통 전송 선로인 백본에 연결되어 구조가 단순하고 노드 추가가 쉽다. 그러나 노드 사이 경로가 하나뿐이므로 선로 한 곳이 끊기면 그 지점을 기준으로 양쪽 통신이 모두 중단된다. 이 방식은 소규모 망에 적합하며 노드 수에 한계가 있다.

링 구성은 각 노드가 양옆의 두 노드와만 연결되어 데이터가 고리를 따라 한 방향으로 순환한다. 목적지가 아닌 중간 노드는 받은 신호를 신호 재생하여 다음 노드로 전달하므로 거리가 길어져도 신호 품질을 유지할 수 있다. 링의 한 구간이 끊기면 반대 방향 경로로 트래픽을 돌리는 것이 기본 복구 원리이며, 이 기능을 갖춘 구성이 자기치유 링이다. 다만 링 전체의 전송 대역은 노드 사이에서 가장 약한 구간에 의해 제한된다.

링 구성은 단절 시 반대 방향 경로로 우회하는 자기치유 기능이 핵심이다.

메시 구성은 노드가 여러 노드와 직접 연결되어 경로가 다중으로 존재한다. 다중 경로, 즉 경로 2개 이상이 확보되면 한 링크가 끊겨도 다른 경로로 도달할 수 있으며, 이것이 고장 내성의 원리이다. 완전 메시에서 노드 수가 n개이면 필요한 링크 수는 다음 식으로 구한다.

$L = n(n-1) ÷ 2$

여기서 L은 링크 수, n은 노드 수이다. 노드가 5개이면 $L = 5 × 4 ÷ 2 = 10$ 개의 링크가 필요하다. 링크 수가 노드 수의 거의 제곱에 비례해 늘어나므로 비용과 설치 난이도가 크고, 대신 장애 내성은 가장 높다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다.

• 백본: 여러 노드의 트래픽이 공유하는 주 전송 선로이다.
• 신호 재생: 감쇠된 신호를 복원하여 다음 구간으로 다시 보내는 기능이다.
• 완전 메시: 모든 노드 쌍이 직접 연결된 메시 구성으로, 장애 내성은 가장 높으나 구축 비용이 가장 크다.

3. 등장 배경과 필요성

철도 통신망에서 주전송 선로의 장애는 열차 제어와 운행 안전으로 바로 이어지므로 가용성이 핵심 요구사항이다. 주전송 선로가 단일 경로에만 의존하면 한 지점의 단절이 넓은 구간의 통신 중단으로 확대된다. 노드 수와 트래픽이 늘어날수록 이러한 파급 범위가 커지므로 고장을 우회할 경로를 확보하는 구성이 필요해졌다.

이 요구를 해결하는 방식이 이중화이다. 링 구성은 선로를 고리로 묶어 단절 시 반대 방향 경로를 확보하고, 메시 구성은 노드 간 다중 경로로 같은 목적을 달성한다. 두 방식 모두 단일 장애점을 없애는 것이 목표이므로, 선형 구성의 한계를 보완하는 설계 방향으로 이해해야 한다.

선형 구성은 노드 추가가 쉬워 초기 구축 비용이 낮지만, 증설로 노드가 많아지면 공통 선로의 부하와 장애 범위가 함께 커진다. 따라서 구축 초기 비용과 장애 내성 사이의 균형을 맞추려는 요구가 링형과 메시형 선택의 배경이 된다.

광통신 기술의 발전은 이 구성을 실현하는 기반이 되었다. 동기식 광통신망(SDH) 장비는 링 구조에서 자기치유 기능을 제공하는 대표적 사례이며, 파장분할다중(WDM) 기술은 하나의 광선로에 여러 파장을 실어 링의 전송 용량을 확장한다. 그 결과 철도 주전송 선로는 용량과 신뢰도를 함께 확보하는 방향으로 구성형태를 선택하게 되었다.