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회선교환, 메시지교환, 패킷교환
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회선 교환 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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회선 교환 네트워크[편집]

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회선 교환 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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회선 교환망은 발신자와 수신자 간에 독립적이며 동시에 폐쇄적인 통신 연결로 구성되어 있다. 이러한 1대 1 연결을 회선(circuit) 또는 채널(channel)이라고 말한다.

장점: 일단 설정된 통신은 안정적이다. 다른 요인에 의해 통신이 방해 받지 않는다.

단점 통신 연결이 늘 보장되지는 못한다. 네트워크 자원(network resource)을 많이 소모한다.

회선 교환 네트워크 [ 편집 ]

발신자와 수신자 또는 통신 쌍방이 통신을 시작하기 전에 미리 전용 연결(회선 또는 채널)을 설정해야만 하는 네트워크를 말한다. 통신하는 동안에는 해당 연결이 독점적으로 발신자 및 수신자에 의해서만 사용된다. 통신이 끝났을 때는 반드시 연결을 해제하는 절차가 필요하다.

초기 전화 시스템이 대표적인 예이다. 전화 가입자는 전화 통화를 위해 교환수에게 이야기하고 싶은 상대방 정보를 말하고, 교환수는 통신 연결을 위한 작업을 수행한 후에야 비로소 전화 가입자 간의 통신이 이루어진다. 이 때, 교환수가 하는 작업은 물리적으로 전화선을 쌍방간에 연결하여 설정하는 작업이다. 이 때, 해당 연결 설정이 해제되지 않는 이상 다른 사람이 현재 통화중인 사람과 통화할 수는 없다. 설사 통화중인 사람이 서로 아무런 이야기를 주고 받지 않더라도 마찬가지이다.

그 후에 다중 통신 연결을 다중화하는 것이 가능해졌다. 하지만, 다중화된 링크 속의 각각의 채널은 같은 시간에 하나의 통신에만 사용된다.

이러한 회선 교환 방식은 (일시적이든 아니든) 실제 사용하지 않더라도 연결이 설정되면, 해당 연결에 소모되는 망자원, 정확하게는 중계노드들의 대역폭을 낭비하게 되므로 비효율적이다.

[네트워크 이론] 2. 회선교환과 패킷교환

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1. 회선교환 (Circuit Switching) 방식

회선교환 방식은 회선 독점을 통한 통신방식이라고 볼 수 있습니다.

아래와 같은 간단한 네트워크망이 존재한다고 가정하겠습니다.(실제로는 대부분 전화망에서 사용하기 때문에 구성이 조금 다릅니다.)

(PC와 교환기로 이루어진 네트워크망입니다.)

(교환기는 단순히 전용선을 할당하는 장비라고 생각하셔도 무관합니다.)

네트워크망 예시

회선교환 방식의 가장 큰 특징은 [전용선 할당]에 있습니다.

예를들어 전송할 데이터가 있다고 하면 아래와 같이 전송을 위한 전용선을 할당하고 해당 선로로 모든 데이터를 전송합니다.

회선교환 방식

위 그림과 같이 송수신을 연결하는 전용선을 설정하고 전송을 하는게 핵심입니다.

개념을 이해하셨다면 특징에 대해 말해보겠습니다.

2. 회선교환의 특징

회선교환은 통신 회선을 설정하여 데이터를 교환하는 방식

회선 교환방식으로 음성 전화 시스템 에 사용됨

에 사용됨 송신자의 모든 데이터는 동일한 경로 로 전송됨

로 전송됨 안정적인 통신이 가능함

Point-To-Point 방식으로 연결됨

통신중 중간경로에 문제가 발생할 경우 전체 연결이 끊어짐 (새로운 경로를 통한 새로운 회선할당 필요)

장점 – 대용량 + 고속 데이터 처리에 우수 – 고정적인 대역폭을 사용 – 연속적인 데이터 처리에 우수 단점 – 회선 이용 효율이 떯어짐 (대역폭 낭비) – 통신과정에서 회선문제시 회선할당부터 다시해야함 – 통신비용이 고가임

3. 패킷교환 (Packet Switching) 방식

회선교환 방식과 비교된다면, 대충 눈치채셨을 수 있습니다. 패킷교환은 회선교환과 다르게 [전용선]의 개념이 없습니다.

패킷교환은 전송하려는 데이터를 패킷이라는 단위로 나눠 네트워크망으로 뿌려주게됩니다.

이때 패킷에는 해당 데이터가 어떤 데이터의 몇번째 데이터인지의 정보와 최종 목적지에 대한 정보가 들어있습니다.

위의 정보를 라우터가 보고 패킷을 최적경로를 향해 전달하게 됩니다. 이때 최적경로는 단순하게 거리만을 계산하는 것이아니라, 망의 혼잡도(대역폭 사용율), 연결상태, 기타 설정등에 따라 그때그때 변경될 수 있기 때문에 경로는 수시로 변경될 수 있습니다.

따라서 특정한 데이터가 100개의 패킷으로 분해되어 전송된다면, 100개의 패킷들은 라우터에의해 서로다른 경로로 전송될 수 있고, 최종적으로 목적지에 100개의 패킷이 전달되면 패킷의 순서를 통해 다시 원래의 데이터로 합쳐지는 방식입니다.

(PC와 라우터로 이루어진 네트워크 망입니다.)

(라우터는 데이터의 최적경로를 파악하고 결정하여 송신하는 장비로 일단은 공유기의 상위호환 정도로 생각하셔도 괜찮습니다.)

패킷교환 방식

위의 그림과 같이 3개의 패킷이 [왼쪽]에서 [오른쪽]으로 전송될 때, 각각의 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있습니다.

또한 이러한 특성 때문에 전송되는 패킷은 순서와 다르게 수신될 수 있습니다.

4. 패킷교환의 특징

전송되는 패킷은 여러 경로를 이용가능(패킷별로 최적의 경로 선택)

송신 패킷의 순서와, 수신 패킷의 순서가 다를 수 있음

전송 속도 및 흐름 제어가 가능

에러 탐지가 가능(패킷정보를 통해)

일반적인 인터넷 망에서 사용됨

장점 – 회선의 이용률이 높음 – 애러 및 장애에 강함 : 라우터 고장시 다른 경로를 즉각적으로 이용, 애러에 대해 특정 패킷만 재전송 가능 – 인터넷 뿐만 아닌 다양한 통신망에서 사용가능(전화도 가능) 단점 – 경로 탐색과정에서 지연이 발생됨 – 전송량 증가에 따라 지연율이 급격하게 상승 – 패킷헤더 추가로 인한 오버헤드 발생이 가능함

5. 가상회선(Virtual Circuit) 기술

가상회선 기술은 위의 패킷교환방식의 네트워크에서 회선교환과 같은 통신을 만들어주는 기술입니다.

패킷단위로 데이터를 전송하지만, 사전에 논리적으로 구성된 특정한 경로로 데이터를 전송하게 됨으로 모든 패킷은 동일한 경로를 통해 데이터가 전송됩니다.

수신측은 위의 특징 때문에 순차적으로 패킷을 수신할 수 있습니다.

다만 전송을 수행하기 전에 앞서 언급한것처럼, 경로를 결정해야하고 이를 위해 몇가지 특수한 패킷들을 네트워크에 전송할 필요가 있어 처음 연결에 약간의 시간이 필요하며, 또한 경로만 일정할 뿐, 전용회선이 아니기 때문에 설정한 경로를 통해 다른 노드에 의해 대량의 데이터가 유입될 경우 네트워크 지연이 발생할 수 있습니다.

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교환방식 (회선교환방식, 데이터회선교환방식, 패킷교환방식, 메시지교환방식)

환시스템

교환시스템은 단순히 인터넷을 통해 웹서핑을 한다던가 필요한 정보만을 얻는 분이라면 그렇게 알지 못해도 인터넷을 사용하는데는 별문제는 없다. 그러나 인터넷을 좀더 깊게 공부를 한다던가 회사에서 인터넷을 담당하거나 회사의 독자망을 관리하는 분들에게는 도움이 될 것이다. 본장에서는 교환회선방식에 대하여 다루겠다. 그리고 교환기술에 대해 더 많은 지식을 습득하기 원하는 분은 교환기술의 기초가 되는 대기행렬이론이나 트래픽이론에 대하여 공부를 하면 될 것이다.

1. 개요 o 교환이란 필요한 때만 단말장치와 단말장치간의 통신로를 확보하여 통신망 전체의 효율화를 이룩하는 것 o 교환망에는 전화교환망 PSTN, 패킷교환망PSDN, 회선교환망, 종합정보통신망 ISDN등이 있고, o 데이터통신용 교환방식에는 비저장방식인 회선 교환방식 과 저장방식인 메시지 교환방식, 패킷 교환방식 이 있음. o 패킷교환 방식은 또 데이터그램 방식과 가상회선 방식 으로 나눌 수 있음.

☞ 교환기술의 전체

전화기 4대를 서로 연결해서 원활하게 할려면 몇 개의 회선이 필요할까 총 6개의 회선이 필요하다. 그리고 전화기 5개를 놓고 원활하게 통화할려면 10회선이 필요하게 된다. 즉, 가입자가 늘어날수록 서로간에 통화를 원활하게 할려면 회선수도 전화기증가에 따라 이에 대응되는 회선도 늘려야한다. 그러나 전화기의 증가에 따라서 회선수를 늘리는 것은 불가능하다. 이것을 해결하기 위해 전화기한대에 1회선만을 할당하고 이것을 중앙에 모아서 교환해 주면 쉽게 해결이 될 수 있다.

위에서와 같이 교환기술은 각 사용자의 단말(모뎀, 전화등)로부터 보낸 수많은 데이터를 모으고(보통 집선이라고 함) 모아진 데이터를 어느 곳으로 보낼것인가 를 결정해주는 경로지정 기능등을 수행한다. 이러한 회선교환방식은 크게 회선 교환방식과 축적교환방식등으로 나눌 수 있다.

(1) 회선교환방식

가. 정의

o 회선교환이란 송수신 단말장치 사이에서 데이터를 전송할 때마다 통신경로를 설정하여 데이터를 교환하는 방식

o 시분할 교환기술을 이용한 교환망의 고속고품질화

o 회선교환방식은 통화로 동작에 의해 공간분할방식과 시분할방식으로 구분

나. 동작원리 및 특징

o 회선교환은 회선의 설정, 데이터의 이동, 회선의 단절 등 3가지로 이루어짐.

데이터가 전송되기전에 두 단말장치간에 회선을 설정하고, 회선이 설정되면 이 회선을 통해서 데이터를 전송하며, 일정시간이 지나면 두 단말장치중 한 단말장치에 의해 연결이 단절됨.

o 이 방식은 통신할 때마다 매번 통신 경로 설정하기 때문에 통신중에 전송제어절차, 정보의 형식 등에 제약을 받지 않아, 비교적 원거리 통신에 적합한 방식

o 단말로부터 신호를 디지틀양 그대로 전송하여 송 수신되는 메시지의 형식이나 코드에는 전혀 관계치 않고 전송되며, 비교적 긴 전문, 고밀도의 데이터 통신이나 디지틀 팩시밀리 통신에 적합

o 사용요금은 전화교환망처럼 사용시간에 비례함

다. 장점

o 통신경로 접속시간이 매우 짧아 1초 이내임

o 통신 중 전송제어 절차 정보의 형식에 제약을 받지 않음

o 비교적 길이가 길고 통신밀도가 높은 데이터통신에 유리함

라. 단점

o 통신하는 양측의 시스템이 동시에 데이터 교환 준비가 되어있어야 함

o 접속이 되어 있는 동안은 두 시스템간의 통신회선이 독점되어 있음

o 효율일 떨어진다. == 어떠한 회선을 단 몇 명이 공유해서 사용하기 때문에 자원의 낭비가 심하죠.

전화의 경우 우리가 말을 하지 않는 순간에도 통신은 연결되어 있지요.

회선을 실제로 사용하지도 않는데 그 회선을 다른 사람이 쓸 수 없기 때문에 낭비라고 볼 수 있죠.

o 다자간 통신과 같은 다양한 서비스를 적용하기 힘듭니다.

서비스가 복잡해 질수록 회선의 연결또한 복잡해 지기 때문에 서비스에 한계가 있습니다.

o 송수신 단말장치 간에 데이터를 전송 할 때마다 물리적인 통신경로를 설정하는 방식임.(물리적연결 설정)

o 음성전화망 (PSTN)이 대표적임

o 통화로 동작 방법에 따라 공간 분할/주파수 분할/시분할 방식이 있음

대표적인 회선교환방식은 바로 전화 이지요. 전화를 예로 들어 설명해 보겠습니다.

회선 교환 방식에서는 두 지점 사이에 통신을 할 때 통신이 이루어지기 전에 먼저 통신에 사용되는 회선이 결정됩니다. 우리가 전화 통화를 하기 전에 먼저 전화를 걸지요.

그것이 바로 회선을 결정하는 작업입니다. 전화국에서 교환기를 통해 나와 상대방 사이에 물리적인 회선을 연결해주지요.

그리고 그 회선을 통해 통신을 하는데 그동안 다른 사람은 그 회선을 사용할 수 없습니다.

이것이 바로 전화에서 통화중의 이유입니다. 누가 통화를 하고 있다면 이미 그 사람에게 통하는 회선은 사용중이고 그것을 동시에 사용할 수 없기 때문에 통화중이라고 나오는 것입니다.

회선을 완전히 할당받아 사용하기 때문에 통신 자체가 상당히 안정적이고 보안에도 강합니다.

근본적으로 어떤 회선이 사용되고 있다면 그 회선에 다른 사람이 접근할 수 없기 때문이죠.

실제로 전화를 도청하는 일은 컴퓨터를 해킹하는 것보다 훨씬 어렵습니다.

기술적인 해킹 방법이 없기 때문에 유일한 도청방법은 전화기에 도청기를 설치하는 것이지요. 전화를 인터넷에 비해 훨씬 안전한 통신 방법입니다.

또한 통신이 이루어 질 때 회선을 완전히 할당받아 사용하기 때문에 실시간 서비스가 가능합니다.

왜냐하면 다른 사람에게 방해를 받지 않기 때문에 이쪽에서 정보를 전송하면 바로 다른 편으로 전달되기 때문이죠.

전화를 생각해 보면 쉽지요. 내가 여기서 말을 하면 상대방은 바로 들을 수 있죠.

============

circuit-switched ; 회선교환 방식

회선교환 방식은 두 지점 사이의 단일 접속에 전념하기 위해, 접속 시간 동안 물리적인 경로가 취득되는 네트웍 의 한 형태이다. 일반적인 음성 전화 서비스가 바로 회선 교환 방식이다. 전화회사는 통화가 진행되는 시간 동안 당신이 거는 번호에 물리적인 특정 경로를 지정한다. 그 시간 동안에는 누구라도, 그 통화와 관련해 지정된 물리적인 회선을 사용할 수 없다.

회선교환 방식은 패킷교환 방식 과 자주 대비된다. X.25 네트웍과 같은 패킷교환 방식의 네트웍은 가상 회선교환을 가질 수 있다. 가상 회선교환 접속은 여러 개의 가상 회선 접속들이 하나의 물리적인 경로를 공유할 수 있는 논리적인 전용 접속이다

회선교환방식은 통신로의 설정방법에 따라 공간분할 교환방식 과 시분할 교환방식 으로 나눌 수 있다 . 공간분할방식 은 교환기의 입,출회선을 서로 엇갈리게 놓고 단말에서 보내온 신호를 판단을 하여 교환기에서 교점 스위치를 닫아 회선을 접속하는 방법이다.

[공간분할 교환방식]

시분할 교환방식 은 각 단말로부터 들어온 신호를 다중화장치에 의해 시분할 다중화를 시킨다. 시분할 다중화된 정보는 Time Switch로 들어가게 되고 Time Switch는 어드레스번호를 보고 Time Slot으로 교체한다. 그리고 전달이 되고 다시 분리를 한다,

[시분할 교환방식]

(2) 데이터회선 교환방식

고속접속 데이터회선 교환방식은 시분할 교환기술과 디지털 전송기술을 이용한 것으로 두 구간에 고속의 고품질 통신회선을 이용하여 데이터 전송을 하는 것을 말한다.

데이터회선교환방식은 데이터 전송제어를 하지 않기 때문에 비교적 길이가 길고 통신밀도가 높은 데이터 통신에 유리하다. 여기에서 사용되는 전송로는 PCM 전송기술로 개발된 디지털 전송로를 사용하고 시분할 다중화 방법으로 여러 속도의 데이터를 다중화하여 전송한다. 시분할 교환기에서는 데이터를 다중화 디지틀신호 그대로 교환한다. 수용할 수 있는 터미널 종류에는 비동기 터미널과 동기식터미날이 있다. 그리고 데이터 회선 교환방식은 디지털 전송방식을 택하고 있기 때문에 변복조기 (모뎀)대신 DSU(Digital Service Unit)가 사용된다. 동기식 단말인 경우 X.21에 의하여 DTE, DCE간의 접속이 이루어진다.

(3) 패킷교환방식

패킷 [packet]이란?

본래는 소포를 뜻하는 용어로, 소화물 을 뜻하는 패키지(package)와 덩어리를 뜻하는 버킷(bucket)의 합성어 이다. 우체국에서는 화물을 적당한 덩어리로 나눠 행선지를 표시하는 꼬리표를 붙이는데, 이러한 방식을 데이터통신 에 접목한 것이다. 즉, 데이터 전송 에서 송신측과 수신측에 의하여 하나의 단위로 취급되어 전송되는 집합체 를 의미한다. 전자우편이나 HTML·GIF 등 어떤 종류의 파일에도 적용할 수가 있다. 이때 분할된 각각의 패킷에는 별도의 번호가 붙여지고 목적지의 인터넷 주소가 기록되며, 에러 체크 데이터도 포함된다.

파일을 분할해서 전송하지만 수신하는 곳에서는 원래의 파일로 다시 재조립된다. 헤더와 데이터· 테일러 로 이루어져 있는데, 헤더에는 데이터가 전달될 주소와 순서 등이 기록되고, 테일러에는 에러 정보가 기록된다. 보통 2계층으로 내려가기 전까지 3·4계층의 데이터 단위 는 패킷이라고 하고, 1·2 계층의 데이터 단위는 프레임이라고 한다. 일반적으로 128바이트가 표준이지만 32·64·256바이트와 옥텟 등 편의에 따라 크기를 바꿀 수 있다.

내부에 상대방의 주소를 갖고 있기 때문에 신뢰도 가 높으며, 에러를 체크하는 등 고품질의 전송을 제공할 수 있는 장점이 있다. 또 통신망을 경제적으로 구성할 수 있고, 전송속도 와 코드를 바꿀 수 있으므로 서로 다른 기종을 사용하는 사용자들끼리도 통신이 가능하다. 다양한 부가 서비스 도 가능하며, 국제적으로 표준화된 프로토콜 을 사용하여 인터넷 상에서 데이터를 전송할 때 매우 효율적이다. 패킷형 단말기 와 교환기 사이의 인터페이스 에 사용되는 권장 프로토콜은 X.25이며, 비표준 단말기와의 인터페이스에는 X.3과 X.28이다.

가. 정의

o 패킷교환이란 일정한 데이터 블럭인 패킷을 교환기가 수신측 주소에 따라 적당한 통신경로를 선택하여 전송하는 교환방식으로

o 전송하고자 하는 정보를 일정한 크기의 데이터로 분할한 후, 송수신 주소인 헤더를 각각에 부가한 패킷단위로 전송하는 방식임

나. 동작원리 및 특징

o 패킷교환방식은 축적교환방식의 일종으로 송신 DTE가 보낸 데이터를 교환기에 저장한 다음 수신 DTE에 고속 전송하는 것으로

o 패킷 전송을 하기 위해서 단말기가 메시지를 패킷으로 분해하고 수신된 패킷들을 하나의 메시지로 합치는 기능을 지녀야 하며, 만약 이 기능이 없다면 PAD라는 부가장치가 있어야 함

o 패킷 교환방식에서는 데이터그램과 가상 회선방식이 있음

o 패킷교환은 경로설정, 트래픽제어, 에러제어 기능을 지님

– 경로설정 : 발신지와 목적지가 직접 연결되지 않으므로 각 패킷을 네트워크를 통해서 노드에서 노드로 보내는 기능

– 트래픽 제어 : 네트워크에 전송되어지는 트래픽의 양을 효율적이고 안정하게 하기 위해서 통제하는 기능

– 에러제어 : 네트워크에서 유실되는 패킷에 대해 제어하는 기능

다. 데이터 그램 (패킷 교환) 방식

o (물리적/ 논리적) 연결 설정과정이 없이 각각의 패킷을 독립적으로 취급하여 전송하는 방식임.

o 패킷들의 도착순서가 목적지에서 각기 다를 수 있으므로 재조립 과정이 필요함

다. 장점

o 우회기능 보유로 신뢰성이 매우 높음

o 에러발생시 한 패킷만 복구하면 되므로 고품질 확보

o 회선 다중화로 효율증대 및 경제성 향상

o 교환기에 축적 전송으로 변환처리 가능

o 부가서비스 제공 가능

라. 단점

o 축적 전송방식에 따른 전송이 다소 지연

o 데이터 단위의 길이가 제한됨

o 패킷이 파일화 되지 않음

o 메시지 교환방식과 비교하여 성능면에서 뛰어난 것은 아님

여기서의 단점은 실시간 서비스가 불가능하다 는 것입니다.

인터넷을 하다보면 같은 사이트인데도 접속할 때마다 화면에 뜨는 시간이 조금씩 차이가 나지요.

이것은 인터넷 팻킷이 항상 같은 길로 다니는 것이 아니라 어떤 패킷은 좀 돌아서 오고

어떤 팻킷은 다른 팻킷에 막혀 늦게 오고 그러기 때문에 발생하는 현상입니다.

만일 전화를 하는데 목소리가 들리다가 안 들리다가 갑자기 한번에 여러 마디가 들리다가 하면

통화가 안 되겠죠..(어려운 말로 jitter가 크다고 하지요..)

그래서 인터넷 전화가 어려운 기술인 것입니다.

또하나의 단점은 보안에 취약하다 는 것입니다.

팻킷이 여기저기를 돌아다니다가 목적지에 도착하기 때문에 누군가 그 팻킷을 볼 가능성이 높죠.

그렇기 때문에 인터넷에서는 전화에 비해 상대적으로 보안이 중요시 되는 것입니다.

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대표적인 패킷 교환 방식은 바로 인터넷입니다. 바로 IP라는 것이지요.

통신이 이루어지기 전에 회선이 결정되는 회선 교환 방식과는 달리 팻킷 교환 방식은 회선의 결정이 이루어 지지 않습니다.

대신 각각의 패킷 별로 알아서 상대방을 찾아가게 됩니다. 그래서 IP address라는 것이 필요하죠.

예를 들어 전화에서 사용되는 목소리 팻킷은 상대방의 위치에 대한 정보를 갖고 있지 않습니다.

그냥 연결된 회선을 따라 가면 상대방에게 도달하니까요.

하지만 인터넷의 경우 회선이 없기 때문에 각각의 IP 패킷은 상대방의 위치에 대한 정보 곧 IP주소를 갖고 있습니다.

그 주소를 보고 상대방을 찾아서 가게 되는 것입니다.

여기서의 장점은 자원을 효율적으로 사용한다는 것이지요. 회선은 점유하는 사람이 없기 때문이죠.

회선이 비어있다면 그 쪽을 통해서 가면 되는 거니까요. 회선이 꽉 차있다면 다른 길로 돌아가기도 하고요.

자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 말은 가격이 싸다는 말입니다. 네트워크를 구현하기 쉽죠.

실제로 인터넷의 라우터와 전화의 교환기는 서로 맡은 역할이 비슷하지만 가격은 10배이상 차이나죠.

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패킷교환의 개념은 1960년대초 군에서 음성통화의 보안유지를 위하여 음성대화내용을 여러개의 조각(패킷)으로 나누어 전송하고 끝단에서 다시 재조립하여 통화가 될 수 있도록 하기위해서 개발이 되었다. 그러나 이러한 개념이 1960년대에 발표는 되었으나 실제 운용함에 있어서 패킷의 처리 및 경로 제어등의 많은 부분에서 기술적인 뒷받침이 되지 않아 실용화는 되지 않았다. 이와 비슷한 시기에 미국방부 ARPA는 미국전역에 연구소와 대학에 있는 컴퓨터를 서로 연결을 하고 있었는데 빠르고 대용량전송을 하기위한 비용이 너무나 많이 들어가게 되었다. 그래서 ARPA는 이러한 문제점을 해결하기 위해 패킷교환기술을 이용한 컴퓨터망을 구축하기 시작했다. 이것이 오늘날 데이터 통신에서 가장 많이 사용되는 패킷교환기술로 발전하게 되었다.

1) 패킷 교환의 원리

패킷이란 정보를 일정한 크기로 잘라서 보내고자 하는 곳의 정보(주소 제어정보등)를 함께 실어 만든 데이터블럭 을 말한다. 즉. 패킷은 정보가 포함된 편지라고 하면 이해가 쉬울 것이다. 편지봉투에 정보를 넣어서 보내는데 편지봉투에는 도착할 곳의 정보가 적혀 있고 편지봉투안에는 실제 정보가 있다.

◈ 패킷전달과정

위에 그림에서 A에서 B로 메시지가 전송하는 과정을 살펴보자. A에서 메시지를 B로 메시지를 처음으로 전송이 될 때 첫 번째 노드에서 메시지를 패킷으로 변환 을 시킨다. 그리고 이과정에서 패킷은 목적지의 주소등의 여러 가지정보를 가진 제어정보 를 함께 갖게 된다. 물론, 패킷내부에 있는 실제 데이터는 어떤형태로든지 접근할 수는 없다. 그리고 패킷은 패킷교환망내의 각 경유 교환기에서 축적 및 전송(store and forward)이라는 기본원리에 따라 B의 마지막 노드까지 전송이 된다.

이때 각 교환기들은 다음 교환기 또는 B의 마지막 노드에 있는 교환기까지 패킷이 정확히 전송이 될 수 있도록 기억장치에 그패킷을 일시 저장한다. 그리고 B의 마지막 노드에서 패킷이 도착하게 되면 패킷은 원래의 메시지로 재조립을 하게되는데 이때 제어정보는 없애버린다. 그러면 순수한 메시지만 남게되는데 이것을 B에게 전달해준다. 그리고 두지점사이에 패킷을 주고 받을 때 메시지의 재조립, 흐름제어, 그리고 버퍼의 확보문제등에 의해 두가지 유형으로 나눌 수 있는데,

첫째는 상대편의 호출성립이후 생기는 모든 패킷은 호출시 선택된 경로만을 이용하여 목적지까지 전송한다 이방법을 Virtual Circuit(가상회선) 방식이라고 한다. 이것은 실제로는 그렇게되지는 않으나 이용자가 느끼기에는 두 구간사이에 마치 물리적인 회선이 연결된 것과 같은 느낌을 주게된다.

두 번째 방식은 모든 패킷이 각자가 서로다른 경로를 찾아서 상대편으로 가는 방식이다. 이방식은 패킷이 가장빠른 경로를 알아서 찾아서 올 수 있다. 그러나 최종 목적지에서는 순서가 뒤바뀌어서 온 패킷들을 다시 재정렬을 해야한다. 이방식을 보통 Datagram(데이터 그램)방식 이라고 한다.

그러면 패킷전송을 하므로써 생기는 문제점에 대하여 알아보자

첫째, 패킷을 재조립해야 한다는 것이다. 패킷이 수신되고 있는 모든 정보를 재조립하기위해서는 패킷을 전부 받고난 후 재조립을 할 수 있는 네트워크 계층이 있어야한다. 만약 패킷이 전송되는 과정에서 아무런 문제가 없이 순서대로 도착을 한다면 아무런 문제가 없을 것이다. 그런 대체경로나 반복에러제어 방식을 채택하고 있는 네트워크에서는 패킷의 순서가 뒤바뀌게 되고 잘못하면 패킷을 잊을 수도 있고 또한, 재조립과정에서 deadlock에 빠질 수도 있다.

두 번째는 패킷이 전달될때 8 – 16바이트의 헤더가 붙는 다는 것이다. 이것은 적은정보를 보내는데 작은 패킷으로 나누게 되면 헤더 때문에 오버헤드가 높아 질 수있다. 그러므로 패킷의 크기는 너무 작아도 너무 커도 않된다.

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3. 가상 회선 교환 방식

대표적인 가상 회선 교환 방식은 바로 ATM이지요.. ATM은 주로 백본방에서 사용됩니다.

가상 회선 방식은 회선 교환 방식과 팻킷 교환 방식의 장점을 모아서 만든 방식입니다.

먼저 통신이 이루어지기 전에 회선이 결정되는 것은 회선 교환 방식과 동일 합니다.

하지만 그 회선이 물리적인 회선이 아니라 논리적인 회선이기 때문에 가상 회선이라고 합니다.

물리적 회선을 할당하는 것이 아니기 때문에 물리적인 회선은 공유가 가능합니다.

여러 개의 논리 회선이 하나의 물리 회선을 공유할 수 있지요. 이러한 점에서는 팻킷 교환과 같습니다.

자원의 공유라는 팻킷 교환의 장점과 실시가 서비스라는 회선 교환의 장점을 둘 다 갖고 있죠..

실제로 어떠한 식으로 논리 회선을 설정하냐 하면…

어떤 두 지점 사이에 통신을 하기 위해서 회선을 설정할 때 통신을 위한 ID를 할당 받습니다.

그리고 각각의 ATM교환기들이 이 ID의 팻킷이 오며 어디로 보내야할 지를 다 기억하고 있습니다.

이런 식으로 한 쪽에서 다른 쪽으로 가는 통로를 하나 만들어 놓지요.

모든 팻킷은 이 통로를 통해서만 통신하게 됩니다.

근데 이 상태에서 다른 회선을 설정하겠다는 요청이 들어오면 물리 회선의 용량을 보고 그 회선을 설정할 것인지 안 할 것인지를 결정합니다.

예를 들어, 100만큼을 수용할 수 있는 물리 회선에 50짜리 논리 회선 하나와 30짜리 논리 회선 하나가 설정되어 있다고 합시다..

이 상태에서 20짜리 논리 회선의 요청이 들어오면 회선 설정을 받아들이지만 40짜리 논리회선의 요청이 들어오면 거부하게 되지요. 이런 식으로 50짜리 논리회선에게는 항상 50만큼을 쓸 수 있도록 보장해 줍니다.

인터넷의 경우 100짜리 회선에 10만큼도 오다가 200만큼도 오다가 하기 때문에 항상 누군가에게 얼마만큼을 쓸 수 있도록 보장해 줄 수 없습니다. ADSL이 실제로 8M라고 해도 8M가 나오지 않는 것이 이러한 이유입니다.

만일 ATM이 8M라고 한다면 이것은 반드시 8M가 나옵니다.

이렇게 좋은 ATM이 잘 안 쓰이는 이유는… 바로 무지무지 비싸기 때문입니다.

그래서 가상 회선 교환 방식을 사용하는 ATM은 백본망에서만 사용하지요..

o 패킷이 전송되기 전에 송수신 단말기에 논리적인 통신경로를 먼저 설정하고 패킷을 그 경로에 따라 보내는 방식임.

o 많은 사용자 단말들이 하나의 통신 설비를 공유하고, 여러 개의 논리 채널로 통신하는 방식임.

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2) 패킷 교환망의 구성

패킷교환망은 패킷교환설비와 회선종단장치, 가입자회선 및 중계전송로로 구성된다.

패킷교환설비는 패킷교환망에 연결된 이용자들로부터 전송되는 패킷을 임시로 저장, 경로설정, 전송등의 교환기능을 하는 패킷 교환기(Packet Switch)와 패킷 교환기에 접속하여 이용자들로부터 전송된 데이터를 패킷화하고 패킷교환기로부 터 수신패킷을 원래의 정보로 재조립을 하는 패킷단말장치와 비패킷형단말이 패 킷교환망에 부착될 수 있도록 이용자 전송데이타의 패킷화 및 그 역기능을 하는 패킷다중화장치(Packet MultipleXer:PMX)로 구성된다.

▣ 패킷단말장치와 비패킷단말장치 패킷통신을 할 때 사용되는 단말에는 패킷단말장치과 비패킷단말장치가 있다. 팻킷단말장치(Packet mode Terminal)이란 패킷의 분해, 조립등이 역할을 하는 단말장치를 말한다. 그리고 비패킷단말장치(None Packet mode Terminal)이란 패킷의 분해, 조립기능를 가지 않은 단말장치이다. 비패킷단말장치는 패킷 다중화장치내에서 패킷을 분해, 조립을 한다.

☞ 데이터 다중화

데이터 통신에서 다중화기술은 여러개의 채널로부터 들어오는 데이터를 묶어서 하나의 회선으로 (보통 트렁크라고 함) 어떻게 전송할 것인가에 대한 기술이다. 보통 다중화기술은 시분할다중화 (TDM: Time Division Multiplex)기술과 통계적 신분할 다중화(STDM: Statistic Time Division Multiplex)으로 나눌 수 있다. TDM 하나의 백본이되는 회선를 각 채널에 시간 단위로 할당한는 방법이고 STDM은 각 채널의 데이터 입력 유무에 따라 백본이 되는 회선에 대역폭을 동적으로 할당해주는 방법이다.

(1) TDM

TDM개념도

TDM은 각 단말로부터 입력되는 여러채널의 데이터를 하나의 회선으로 전송하기위하여 각 채널을 시간단위로 나누어 하나의 회선(트렁크)에 할당하는 기술을 말한다. 즉, 한 회선으로 여러개의 채널을 사용할 수 있도록 각 채널마다 회선에 한정된 시간 사용영역을 미리 지정해주는 기술이다. 위에 보이는 그림은 64Kbps 4개 채널이 TDM기술로 하나의 회선으로 전송하 는 것을 말한다. 현재 64kbps 4개 채널을 사용하므로 트렁크의 속도는 256kps 로 대역폭을 잡고 각 채널에 할당된 대역폭 64kbps을 미리 할당해 둔다. TDM 에서는 채널별로 할당된 대역폭을 미리 지정해주기 때문에 데이터가 송수신에 관계없이 항상 할당이 되기 때문에 회선 대역폭의 낭비가 되기도 한다. 그리고 트렁크의 대역폭을 융통성있게 사용할 수 없다는 것이다. 이것을 트렁크 대역 폭이 각 채널들을 수용하기 위하여 할당되며 다른 채널들을 사용할 수 없다는 것이다. 쉽게 이야기하면 서울까지 자동차를 타고 가는데 자동차 차선은 막혀 있고 고속버스전용차선이 비어 있음에도 불구하고 자동차가 고속버스전용차선 을 통해서는 갈 수 없는 것과 같다. 그러나 TDM기술은 이런 단점만 있는 것은 아니다. TDM기술을 이용하게 되면 각 채널의 입력데이터를 트렁크로 전송하 기 위하여 장비에서 복잡한 처리과정을 거치지 않고 미리 지정된 경로(Time Slot)으로 전달만 하면 되기 때문에 네트워크 장비의 지연시간을 최소화 할 수 있다. 그리고 TDM은 각 채널의 대역폭을 항상 일정하게 할당을 하고 각 채널 을 일정한 시간 간격으로 트렁크 대역폭을 할당해 주기 때문 각 채널에 입력 되는 데이터들을 전송할 때 전송되는 시간은 항상일정하다. 또한, TDM은 단순 히 입력되는 데이터의 열과 동기만 맞으면 어떤 프로토콜이라도 상관없이 미리 지정된 트렁크로 전달해주기 때문에 프로토콜에 민감하지 않는다.

(2)STDM

STDM은 TDM의 단점인 트렁크의 대역폭의 낭비를 효율적으로 사용하기 위하여 나온 기술이다.

STDM개념도

예를 들어 설명하면 위에 있는 그림에서 데이터를 STDM을 이용하여 전송할 때 4개 단말속도는 9.6Kbps이고 트렁크의 속도는 128Kbps 이다. STDM은 각 단말에서 데이터전송이 있을 때 전체 트렁크 대역폭을 이용하여 보낼 수 있다. 이와 같이 STDM기술을 이용하게 되면 트렁크의 대역폭을 낭비하지 않고 효율적으로 사용할 수 있다. 이러한 STDM 기술은 장점은 채널의 입력데이타가 있을때만 트렁크의 대역폭 을 할당해 주므로 트렁크대역폭의 낭비가 없고 각 채널마다 대역폭을 한정되어 서 사용하는 것이 아니라 전체대역폭을 전부 사용할 수 있다. 그러나 STDM이 라고 해서 단점이 없는 것은 아니다.

STDM은 프로토콜에 민감하다. 즉, STDM은 트렁크는 각 채널로 입력되는 프 로토콜을 해석하여 버퍼링과 Queueing을 통하여 트렁크로 전달되기 때문에 이 과정에서 STDM장비가 해석할 수 있는 프로토콜만 처리하기 때문이다. 그리고 STDM이 트렁크 대역폭을 적절하게 사용할 수 있는 반면에 일정한 시간을 요 구하는 트래픽에 대해서는 서비스하기가 힘들다. 이것은 STDM이 각 채널로부 터 들어오는 데이터량을 보고 동적으로 대역폭을 할당하기 때문이다. 그리고 STDM은 프로토콜 해석과 버퍼링, Queuing 등의 과정을 거치기 때문에 상당한 프로세싱을 지연시간이 발생한다. 그렇기 때문에 트렁크속도가 상당히 제약을 많이 받는다. 그러므로 STDM에서 수용할 수 있는 최대 트렁크 속도는 128Kbps 이다.

축적 교환 방식 – 크게 두가지 분류됨

1. 통신 정보의 축척단위를 1개의 메세지로 전달하는 방식인 (메시지 교환방식)

(입력신호는 축적회로에 일단 축적되는데 축정되는 정보를 읽어 애러검사, 요금정보, 부호변환, 속도변환 등의 필요한 통신제어 수행. 제어가 완료되면 메시지의 수신 주소에 따라 출선이 비면 메시지 발송

(쉽게 말해 축적교환 방식은 교환기 내에는 메모리가 있음. 송신자가 데이터를 보내면 중앙 교환기에서는 그 내용을 출선에 바로 연결하지 않고 메모리에 축적(저장)한다. 저장하는 도중에 위의 여러가지 제어정보를 같이 저장해 놓는다.

수신측의 출선이 비면(해당 수신자가 다른 작업이 없을 때, 교환기는 이를 감지하여 즉시 데이터를 보낸다)

2. 정보 전송의 단위를 구성단위로 규격화하여 긴 메시지를 몇개의 구성단위로 구획지어 전송하는 패킷 교환방식으로 나뉨

(쉽게 말해 어떤 데이터를 보내는데 그 양이 많기 때문에 교환기는 <패킷단위>로 데이터를 잘라서 보낸다. 그러나 일정하게 데이터를 커트 하는 것은 아니므로 데이터가 어떤것은 그양이 많거나 또 어떤것은 그 양이 작게 수신되기도 한다.

하나의 패킷데이터는 수신측의 정보(수신주소)가 포함되며 독립적인 정보 전송은 가능하나 해당 교환내의 접속경로가 전송시마다 틀려 정보배달이 순서대로 되지 않는다.

이 문제 때문에 해당 착신국에서는 수신된 패킷정보를 다시 순서대로 정리하는(제어) 절차가 필요하게 된다.

3. 메시지교환방식

가. 정의

o 메시지교환방식은 축적교환방식Store and Forward 으로 데이터 흐름의 논리적 단위인 메시지를 교환하는 방식

o 메시지 교환은 교환기가 일단 호출자의 메시지를 받았다가 피호출자에게 보내주는 방식

o 연결 설정이 불필요한 비동기식 교환방식으로 각 스테이션에서 파일형태로 저장 후, 다음 스테이션으로 보내주는 형태임.

나. 동작원리 및 특징

o 메시지 교환은 교환기가 일단 호출자의 메시지를 받았다가 피호출자에게 보내주는 방식으로 입력회선에서 메시지를 받아 기억장치에 저장한 후 메시지 처리 프로그램은 메시지와 그 주소를 확인한 후 출력회선을 결정한다. 사용이 가능하면 그 메시지는 프로토콜에 의해 출력회선으로 전송함.

o 메시지 교환은 데이터의 논리적 단위를 교환하는 방식으로 디지틀 교환에 적합한 방식이나 일방적인 메시지 전달이 주목적이기 때문에 응답시간이 빠른 데이터 전송에는 부적합함.

그러나, 스테이션 상호간에 연속적으로 주고 받아야 할 메시지가 있는 경우는 유리

o 회선교환방식은 데이터전송 속도가 수백 bps에서 수만 bps로 전송 속도의 차가 크거나, 전송밀도도 매우 높을때와 전혀 없을 경우가 존재하므로 이에 대한 대안으로 메시지 교환방식을 제안함

다. 장점

o 회선 효율의 증대

o 비동기 전송 가능

o 연결 설정 불필요

o 메시지의 우선 순위에 따른 처리

o 속도와 표현 형식의 차이 극복

o 다중 전달용이

라. 단점

o 실시간 전송이나 응답시간이 빠른 데이터 전송에는 부적합

o 네트워크를 통한 지연은 상대적으로 매우 길다

o 음성신호 전송에는 사용할 수 없음 =================================================================

라. 비교

교환방식 장점 단점 회선

교환 . 통신 밀도 높을 때 유리함.

실 시간 트랙픽

. 통신경로 설정이 매우 빠름.

. 전송제어 절차 정보형식에 제약이 없음

. 속도차가 큰 경우나 전송 밀도차가 큰 경우 비효율성

. 접속 기간 동안 통신회선을 트랙픽에 무관하게 독점 사용하게 됨

메시지

교환 . Bulk Data의 경우 회선의 전송 효율 증대함

. 비동기 전송이 가능하여 연결설정이 불필요함.

. 다중 전달 및 우선 순위에 따른 처리 . 실시간 데이터 전송에 부적함

. 응답 시간이 느림

. 네크워크 지연 발생 데이터그램

방식 . 연결 설정 생략

. 패킷 전송시 충돌에 대한융통성

. 한 노드 실패에 대한 다른 경로 구성

. 소수 패킷 전송에 유리 . 모든 패킷마다 수신측 주소 필요

. 통신망에서 흐름제어 기능 없음

. 각 교환기 (라우터)에서 착신주소 분석하여 통신경로 설정함

. 전송 지연 큼 가상회선

방식 . 경로 설정 (호처리) 기능

. 다수 패킷 전송에 유리함.

. 고장시에 우회경로 재접속시도 함

. 미리 설정된 경로 사용하므로

전송도중 패킷 충돌 시 융통성 떨어짐

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