들어가기전에....
교환 방식이란?
- 연결 설정과정이 없이 각각의 패킷을 독립적으로 취급하여 전송하는 방식입니다.
위 사진과 같은 형태로 되어있으며, 본 글에서 다뤄볼 내용은 빨간 네모칸에있는 회선교환, 패킷교환, 메세지교환입니다.
패킷(Packet)이란?
- 정보 기술에서 컴퓨터 네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록으로 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 주고받을 때 정해 놓은 규칙입니다.
- IP패킷은 해더로 정의되며 해당 헤더에는 많은 필드가 포함됩니다.
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버전 : 사용중인 IP버전을 식별하는데 사용됩니다.
TTL (Time To Live) : 패킷이 네트워크에 남아 있을 수 있는 시간입니다.
헤더 체크섬 : 헤더가 손상되지 않은 경우 IP는 패킷이 양호하다고 간주합니다.
소스 주소 : 패킷을 네트워크로 보내는 IP주소입니다.
대상 주소 : 패킷이 전송되는 주소입니다.
데이터 : 이더넷 프라임과 마찬가지로 데이터 부분이 전송 계층, TCP 또는 UDP로 전송됩니다.
I. 회선 교환 방식(circuit-switched)
(1) 개념
- 두 지점 사이의 단일 접속에 전념하기 위해 접속 시간 동안 물리적인 경로가 취득되는 네트워크의 한 형태입니다.
ex) 음성 전화 서비스(디스코드, 카카오톡 통화 등) → 누군가에게 전화를 걸고 그 전화를 받으면 그 때부터 '통화' 가 이루어지고 다른 누군가와는 전화를 할 수 없는 상태가 된다. 즉 발신자와 수신자가 회선을 독점 하는 것
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전송할 데이터를 A라고 해봅시다.
그러면 위 회선에서 먼저 "전용선 할당"이 이루어집니다.
전용선이 할당되면 A를 아래 사진과 같은 미리 할당해둔 전용선을 통해 모든 데이터를 전송합니다.
(2) 특징
- 교환기를 통해 통신 회선을 설정하여 직접 데이터를 교환합니다.
- 실시간으로 처리하며, 안정적인 통신이 가능합니다.
- Point to Point 즉 점-점 연결로서 언제든지 데이터 전송이 가능합니다.
- 회선의 설정, 데이터의 이동, 회선의 단절 로 이루어집니다.
- 통신할 때마다 통신 경로를 설정하기 때문에 통신 중에 전송제어절차, 정보의 형식 등에 제약을 받지 않습니다.
(3) 장단점
장점
- 대용량이며 고속 데이터 처리에 우수함
- 고정적인 대역폭을 사용하여 안정성이 올라감
- 연속적인 데이터 처리에 우수함
- 접속 이후 항상 유지되어 전송에 지연이 없고 데이터의 전송률이 일정함
- 아날로그나 디지털 데이터로 직접 전달
- 통신경로 접속시간이 매우 짧아 1초 이내임
단점
- 회선 이용 효율이 떨어짐(남는 회선이 존재하기 때문 + 나머지 회선을 사용못할 가능성이 있음)
- 통신과정에서 해당 데이터를 모두 전송했거나 회선에서 문제 발생시 회선 할당부터 다시 해야함
- 매우 비싼 가격을 형성하고있음
- 연결된 두 장치에는 계속 같은 전송률을 요구함
- 속도나 코드의 변환이 불가능함
회선 교환 방식은 통신로의 설정방법에 따라 공간분할 교환방식과 시분할 교환방식으로 나눌 수 있습니다.
공간분할 교환방식(SDS, Space Division Switching)
개념
- 기계식 접점과 전자 교환기의 전자식 접점 등을 이용하여 교환을 수행하는 방식입니다.
- 교환기의 입,출회선을 서로 엇갈리게 놓고 단말에서 보내온 신호를 판단하여 교환기에서 교점 스위치를 닫아 회선을 접속하는 방법입니다.
시분할 교환방식(TDS, Time Division Switching)
개념
- 전자 부품이 갖는 고속성과 디지털 교환 기술을 이용하여 다수의 디지털 신호를 시분할적으로 동작시켜 다중화 하는 방식입니다.
- 시분할 다중화된 정보는 시간 스위치(Time Switch)로 들어가게 되고 시간 스위치는 주소 번호를 보고 타임 슬롯(Time slot)으로 교체 된 후 전달되고 재 분리합니다.
+
++ 다양한 회선 교환방식 → https://slidesplayer.org/slide/16935834/
II. 패킷교환 방식
(1) 개념
- 모든 메시지를 일정한 크기의 패킷으로 분해해서 전송하고, 수신 측에서 원래의 메시지로 다시 조립하는 것입니다.
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위의 사진을 보면서 설명을 하겠습니다.
보면 고정된 경로가 미리 설정돼있지 않습니다.패킷의 전송은 패킷의 단위로 독립적으로 이루어 지고 있으며,
고정된 경로를 따로 입력하지 않아 동일한 경로를 다른 목적지로 가는 패킷들이 공유(Virtual Circuit)
or 각자가 서로다른 경로를 찾아서 상대편으로 가는 방식으로 최종 목적지에서 순서가 뒤바뀌어 경로를 다시 재정비하는 방식(Datagram)을 사용하여 통신 회선을 보다 효율적으로 사용하고 있습니다.
(2) 특징
- 다중화 : 패킷을 여러 결로로 공유
- 채널 : 가상 회선 혹은 데이터그램 교환 채널 사용
- 경로선택 : 패킷마다 최적의 경로를 설정
- 순서제어 : 패킷마다 최적의 경로로 보내기 때문에 도착 순서가 다를 수 있어 패킷의 순서를 통제함
- 트래픽 제어 : 전송 속도 및 흐름을 제어
- 에러 제어 : 에러를 탐지하고 재전송
(3) 장단점
장점
- 우회기능 보유로 신뢰성이 매우 높음
- 에러발생시 한 패킷만 복구하면 되므로 고품질 확보가능
- 회선 다중화로 효율 증대 및 경제성 향상
- 교환기에 축적 전송으로 변환처리 가능
- 회선 이용률이 높고, 속도 변환, 프로토콜 변환이 가능하며, 음성 통신도 가능
- 사용 효율이 높음
단점
- 축적 전송방식에 따른 전송이 다소지연됨
- 데이터 단위의 길이가 제한됨
- 패킷이 파일화 되지 않음
- 패킷헤더 추가로 인한 오버헤드 발생이 가능함 ( → 패킷이 전달될 때 8-16바이트 헤더가 붙어 작은 정보를 보내기 위해 작은 패킷으로 나눌때)
- 패킷을 재조립해야함
II-1. 가상 회선 방식(Virtual Circuit Switching)
(1) 개념
- 위의 패킷 교환방식의 네트워크에서 회선교환과 같은 통신을 만들어주는 기술입니다.
- 회선교환 방식과 데이터그램 방식의 장점을 결합한 통신 기술입니다.
→ 가상회선 방식의 통신절차는 연결설정, 데이터전송, 연결해제등 3단계를 지님
- 연결설정(Connection setup) : 착신지까지 경로가 결정됨
- 데이터전송(data transfer) : 데이터를 전송함
- 연결해제(Connection release) : 경로설정을 해제함
ex) ATM →
1. 어떤 두 지점 사이의 통신을 위해 회선을 설정할 시 통신을 위한 ID를 할당받습니다.
2. 각각의 ATM들이 이 ID의 패킷이 오며 어디로 보내야할 지를 다 기억합니다.
+ 한 회선에서 100 만큼만 수용할 수 있는 물리 회선에 50짜리 논리 회선과 30짜리 논리 회선이 설정되어있는 경우 20이하의 논리 회선만 받아드릴 수 있습니다.
(http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=246)
(2) 특징
- 각 패킷에 가상회선 식별번호(VCI)가 포함되고, 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 순서대로 도착합니다.
- 경로를 처음 시작할 때 한 번만 수행한다.
- 물리적인 회선이 아닌 논리적인 회선입니다.
- 여러 개의 논리 회선이 하나의 물리 회선을 공유할 수 있습니다.
- 송신자는 호출을 하고 호출 수신 패킷을 주고받아 연결하는 방식입니다.
→ 회선교환방식에서 어떤 경로가 제공되는 것과는 달리 스테이션 사이의 경로가 데이터 전송이 이루어지기 전에 형성되어 이용자와 이용자 사이가 회선교환 방식처럼 항상 전기적으로 연결상태에 있지 않고 패킷에 있는 경로설정 정보에 따라 링크가 결정됩니다. (링크가 설정되면 즉시 데이터가 전송되고 링크는 단절되는 방식)
(4) 장단점
장점
- 데이터그램보다 더 빠르고 안정적으로 통신이 가능
- 긴 메시지를 전송 할 때 더욱 효과적
단점
- 전용회선이 아니기 때문에 설정한 경로를 통해 다른 노드에 의해 대량의 데이터가 유입될 경우 네트워크 지연이 발생 할 수 있음
- 회선 교환처럼 사용하지만 교환기에 패킷이 일시적으로 저장하여 일정한 전송률은 보장 못함
II-2. 데이터그램 방식(Datagram Switching)
(1) 개념
- 패킷교환 방식으로 동작하면서 IP주소를 사용하는 인터넷을 의미합니다. (OSI 7 계층 中 네트워크 계층)
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송신자와 주신자의 주소가 포함되어 있는 패킷들을 전송하려할 때 송신자와 수신자 사이의 중간 노드들은 패킷을 수신할 때마다 네트워크 상태를 고려하여 최적의 전송 경로를 선택한 후 다음 노드를 향해 패킷을 전송합니다.
(2) 특징
- 데이터를 전송하기 전에 논리적 연결이 설정되지 않으며 패킷이 독립적으로 전송됩니다.
- 비연결 지향형으로 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷이 서로 다른 경로로 전송 될 수 있습니다.
- 송신 측에서 전송한 순서와 수신 측에 도착한 순서가 다를 수 있습니다.
- 특정 교환기 고장 시 그 경로를 피해서 전송이 가능합니다.
- 짧은 메시지의 패킷들을 전송할 때 효과적이고 재정렬 기능이 필요합니다.
(3) 장단점
장점
- 경로설정시 호출설정 단계 생략
- 패킷수가 적을 때 유리
- 한 노드 실패에 대한 다른 경로 구성가능
- 패킷 전송시 충돌 현상에 대한 융통성
- 가상회선보다 신뢰성이 높음
단점
- 패킷 도착 순서가 뒤섞이므로 수신 측에서 재조합해야함
→
1. 전파 지연 : 한 노드에서 다른 노드로 데이터가 전송될 때 연결된 통신 매체에서 소요되는 시간
2. 전송 지연 : 어떤 노드에서 데이터를 전송하는데 소요되는 시간
3. 처리 지연 : 노드에서 데이터의 처리를 위해 소요되는 시간
4. 큐잉 지연 : 데이터의 전송을 위해 라우터의 출력 포트에서 기다리는 시간을 말하는 것
5. 패킷 손실
III. 메시지 교환(Message Switching)
(1) 개념
- 메시지 교환은 가변 길이의 메시지 단위로 저장, 전송 방식에 따라 데이터를 교환하는 방식입니다.
- 축적교환방식(Store and Forward)로 데이터 흐름의 논리적 단위인 메시지를 교환하는 방식입니다.
→
교환기가 일단 호출자의 메시지를 받았다가 피호출자에게 보내주는 방식으로 입력회선에서 메시지를 받아 기억장치에 저장한 후 메시지 처리 프로그램은 메시지와 그 주소를 확인 한 후 출력회선을 결정합니다. 사용이 가능할 시 그 메시지는 프로토콜에 의해 출력 회선으로 전송됩니다.
(2) 특징
- 데이터 전송 전용 통로가 필요 없어 메시지들이 저장/전송 방식으로 링크를 동적으로 공유합니다.
(3) 장단점
장점
- 회선 효율이 뛰어나며 비동기 전송이 가능하고 연결 설정이 불필요함
- 메시지의 우선 순위에 따른 처리가 가능하며 다중 전달에도 용이함
- 속도와 표현 형식의 차이 극복
단점
- 실시간 전송이나 응답시간이 빠른 데이터 전송에 부적합함
- 네트워크를 통한 지연이 상대적으로 매우 김
- 음성신호 전송에 사용할 수 없음