03. 회선 교환 및 패킷 교환

03. 회선 교환 및 패킷 교환

1. 회선 교환(Circuit Switching)

(1) 회선 교환의 개념

- 포인트 투 포인트(Point to Point) 방식으로 연결(Connection)을 확립하고 안정적으로 통신할 수 있는 방법

- 정보통신망의 분류는 전화기와 인터넷을 생각하면 충분히 이해할 수 있음.

예) 전화기

- 전화기는 전화번호를 전화기에 입력하면 신호가 감.

- 신호는 전화를 받는 사람이 전화를 받을 때까지 계속 울리고, 만약 누군가가 통화 중이면 통화 중을 알려주며, 전화를 받으면 그 때부터는 통화가 이루어지고 안정적으로 통화를 할 수 있음.

- 전화기는 발신자와 수신자 간에 회선을 독점하는 것임.

- 그래서 수신자가 전화를 받으면, 그 때부터 둘 사이의 독점적인 통화가 안정적으로 이뤄짐.

- 이러한 통신 방식을 회선 교환(Circuit Switching)이라 함.

- QoS(Quality of Service)

  - 네트워크 품질을 평가하는 지표

  - 회선 교환은 QoS가 가장 우수한 네트워크

  - 회선교환은 한번 연결이 이루어지면 안정적으로 통신할 수 있음.

  - 하지만, 연결이 이루어진다는 것은 선로를 독점해서 사용한다는 의미라서 자원을 많이 사용하고 다중 통신이 어려운 문제점이 있음.

(2) 회선 교환의 특징

- 교환기를 통해 통신 회성을 설정하여 직접 데이터를 교환하는 방식

- 직접 교환 방식으로 음성 전화 시스템에 활용됨.

- 송신자의 메시지는 같은 경로로 전송됨.

- 실시간으로 처리할 수 있고, 안정적인 통신이 가능함.

- 포인트 투 포인트(Point to Point) 방식으로 사용됨.

- 대역폭(Bandwidth)

  - 데이터 통신에서 최고 주파수와 초저 주파수의 차이

  - 주파수의 상한과 하한의 차이로 헤르츠(Hz)라 표현함.

  - 대역폭이 크면 클수록 많은 데이터를 전송할 수 있음.

(3) 회선 교환의 장단점

- 장점

  - 대용량의 데이터를 고속으로 전송할 때 좋음.

  - 고정적인 대역폭(Bandwidth)을 사용

  - 접속에는 긴 시간이 소요되나, 접속 이후에는 접속이 항상 유지되어 전송 지연이 없으며, 데이터 전송률이 일정함.

  - 아날로그나 디지털 데이터로 직접 전달

  - 연속적인 전송에 적합

- 단점

  - 회선 이용률 측면에서 비효율적임.

  - 연결된 두 장치는 반드시 같은 전송률과 같은 기종 사이에 송수신이 요구됨. (다양한 속도를 지닌 개체 간 통신 제약)

  - 속도나 코드의 변환이 불가능 (교환망 내에서의 에러 제어 기능의 어려움)

  - 실시간 전송보다 에러 없는 데이터 전송이 요구되는 구조에서는 부적합

  - 통신 비용이 고가임.

2.  패킷 교환(Packet Switching)

(1) 패킷 교환 개념

- 송신 측에서 모든 메시지를 일정한 크기의 패킷으로 분해해서 전송하고, 수신 측에서 이를 원래의 메시지로 조립하는 것

- 인터넷을 사용하여 통신을 하려면, 전화기에 전화번호와 같은 식별자가 필요한데 이것이 IP(Internet Protocol) 주소임.

- 이러한 IP 주소를 할당하여 네트워크에 데이터를 보내면 IP 주소를 확인한 후에 데이터를 전송함.

- 인터넷은 전화망과 다르게 경로를 독점적．고정적으로 사용하지 않고 네트워크의 상태(속도, 대역폭)에 따라 다른 경로로 발송하게 됨.

- 이것은 마치 네비게이션과 같은 것으로 교통량의 정보를 확인하고 최적의 경로를 선택하는 방식으로 데이터를 보내는 것이 인터넷임.

- 이러한 인터넷은 전송하고자 하는 데이터에 IP 주소를 붙이는데, 이렇게 IP 주소가 붙은 패킷을 데이터그램(Datagram)이라고 함.

- 패킷(Packet)

  - 네트워크를 사용해서 전송하기 위해서 일정한 단위로 나눈 데이터 전송 단위

  - 데이터 송신자와 수신자가 하나의 단위로 처리하는 데이터 처리 단위

- 라우터(Router) : 전달할 컴퓨터의 메시지의 경로를 결정하는 장비

- 패킷 교환 네트워크(Packet Switching Network)은 송신자가 전송할 데이터를 일정한 크기의 패킷(Packet)이라는 길이로 분류하여 데이터를 전송함.

- 수신 측은 패킷이 전송되면 이것을 다시 조립하여 원래의 메시지를 만듦.

- 패킷 교환 네트워크는 전송할 패킷에 대해서 우선 순위가 같은 것을 표시해서, 중요한 패킷을 식별할 수도 있게 함.

- 패킷 교환 네트워크는 공중 교환 데이터망(Public Switched Data Network)에서 사용됨.

(2) 패킷 교환의 특징

- 다중화 : 패키을 여러 경로로 공유

- 채널 : 가상 회선 혹은 데이터그램 교환 채널 사용

- 경로 선택 : 패킷마다 최적의 경로를 설정

- 순서 제어 : 패킷마다 최적의 경로로 보내지기 때문에 도착 순서가 다를 수 있음. 즉, 패킷의 순서를 통제함.

- 트래픽 제어 : 전송 속도 및 흐름을 제어

- 에러 제어 : 에러를 탐지하고 재전송함.

(3) 패킷 교환의 장단점

- 장점

  - 회선 이용률이 높고, 속도 변환, 프로토콜 변환이 가능하며, 음성 통신도 가능함.

  - 높은 신뢰성 : (경로 선택, 전송 여부 판별 및 장애 유무 등) 상황에 따라 교환기 및 회선 등의 장애가 발생하더라도 패킷의 우회 전송이 가능하므로 전송의 신뢰성이 보장됨.

  - 고품질 : 디지털 전송이므로 인접 교환기 간 또는 단말기와 교환기 간에 전송 오류검사를 실시하여 오류 발생 시 재전송이 가능함.

  - 고효율 : 다중화를 사용하므로 사용 효율이 좋음.

  - 이 기종 단말장치 간 통신 : 전송 속도, 전송 제어 절차가 다르더라도 교환망이 변환 처리를 제공하므로 통신이 가능함.

- 단점

  - 경로에서의 각 교환기에서 다소의 지연이 발생

  - 이러한 지연은 가변적임. 즉, 전송량이 증가함에 따라 지연이 더욱 심할 수 있음.

  - 패킷별 헤더 추가로 인한 오버헤드 발생 가능성 존재

3. 데이터그램과 가상 회선

(1) 데이터그램과 가상회선 동작 원리

- 데이터그램(Datagram) 네트워크 : 패킷 교환 방식으로 동작하면서 IP 주소를 사용하는 인터넷

- 가상 회선(Virtual Citcuit)

  - 회선 교환 방식과 데이터그램 방식의 장점을 결합한 통신 기술

  - 처음 패킷으로 최적으 경로를 고정하고 경로가 고정되면 그 다음은 패킷으로 나누어 고속으로 전송하는 기술

  - 데이터그램보다 빠르고 안정적으로 통신할 수 있지만, 데이터그램 네트워크처럼 많은 사용자가 동시에 사용하는데는 한계가 존재함.

  - 대표적인 통신 기술로 ATM이 있음.

    - ATM은 학교 내에서 고속의 네트워크를 서비스하기 위해서 사용됨.

    - 즉, 특정 영역에서 사용하며, 대중적으로 사용하는 데이터그램 네트워크(인터넷)보다는 공유(Share)에 한계가 있음.

(2) 가상 회선과 데이터그램의 차이점

구분	내용
가상 회선(Virtual Circuit)	- 패킷을 전송하기 전에 논리적인 연결을 먼저 수행함. (제어패킷에 의한 연결형 서비스 제공)  - 송신자는 호출을 하고 호출 수신 패킷을 주고 받아서 연결하는 방식  - 회선 교환처럼 사용하지만, 교환기에 패킷을 일시적으로 저장하여 일정한 전송률 보장은 못함.  - 비교적 긴 메시지의 전송 시 더 효과적  - 이미 확립된 접속을 끝내기 위해서 Clear Request 패킷을 이용
데이터그램(Datagram)	- 각 전송 패킷을 미리 정해진 경로 없이 독립적으로 처리하여 교환하는 방식  - 같은 목적지의 패킷도 같은 경로를 거치지 않고, 서로 다른 경로를 통해서 목적지에 도달하며 호 설정 단계의 회피가 가능함.  - 망의 한 부분이 혼잡할 때 전송 패킷에 다른 경로를 배정 가능, 융통성 있는 경로를 설정함.  - 특정 교환기의 고장 시, 모든 패킷을 잃어버리는 가상 회선 방식과는 달리 그 경로를 피해서 전송할 수 있으므로 더욱 신뢰할 수 있음.  - 짧은 메시지의 패킷들을 전송할 때 효과적/재정렬 기능이 필요함.

4. 메시지 교환(Message Switching)

(1) 메시지 교환 개념

- 메시지 교환(Message Switching Network) : 송신된 메시지를 중앙에서 축척하여 처리하는 방법

- 흔히 축척 교환 방식이라고 함.

- 메시지를 메모리에 저장하고 여러 수신자에게 데이터를 전송할 수 있음.

- 전자우편에서 사용됨.

- 축적 교환 방식

  - 메시지 교환 방식은 축적 교환으로 동작함.

  - 축적 교환이라는 것은 송신자가 메시지를 전송하면 전송한 메시지를 일정한 단위로 나누어서 버퍼(Buffer)라는 것에 저장한 후에, 저장이 완료되면 다시 그것을 읽어들여서 전송 경로를 결정하는 전송을 의미함.

  - 인터넷도 축적 교환 방식으로 메시지를 전송함.

(2) 메시지 교환 방식의 특징

- 메시지를 공유하여 데이터를 보낼 수 있음.

- 메시지 별로 우선순위를 부여함.

- 에러 제어를 제공함.

- 응답 속도가 느림.

- 대화형 시스템으로 사용하기 어려움.

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내용 출처 : 이기적 네트워크관리사 1·2급 필기 (임호진, 황성하 공저, 영진닷컴)