2021.9.3 TIL : [네트워크] 스위칭 패킷 교환과 회선 교환

1. 교환망(switching network)

단말(station)들이 통신을 하기 위해서는 통선선이 유선 혹은 무선으로 연결되어 있어야 한다.

스위치 (혹은 인터넷 망에서의 라우터)로 망을 구성하는 경우 많은 단말들을 연결하기 위한 통신선의 수를 줄일 수 있다.

2. 스위칭 방식

1) 회선 교환망

회선 교환망에서는 두 개의 단말 사이에 물리적 선로(channel, 찐 구리줄을 의미)가 연결되어 통신을 하는 동안에는 두 단말만이 이 물리 channel을 이용한다. 두 단말이 통신할 때 사용하는 이 물리 선로를 회선(circuit)이라고 한다.

여기서 A와 D를 잇는 회선과 C와 G를 잇는 회선은 서로 다른 별도의 구리선이다. 전화망이 회선 교환망을 사용하는 대표적인 예시이다. 

 

<회선 교환의 절차>

회선 교환의 절차에는 세 가지 단계가 있다. 

• 설정 단계
  • 두 단말이 전용해서 사용할 채널을 할당한다.
  • 만약 중간에 사용할 채널을 할당할 수 없으면 설정은 취소한다.
  • 두 단말 사이에 할당된 채널은 회선(circuit)이라고 부른다.
  • 이 과정은 신호 프로토콜(signaling)에 의해 이루어진다.  
• 전송 단계
  • 전화망의 경우 통화가 이루어진다.
• 해제 단계
  • 통화가 완료되면 할당된 서킷을 해제하여 다른 사용자가 채널을 사용할 수 있도록 한다.

*프로토콜 : 복수의 컴퓨터 사이나 중앙 컴퓨터와 단말기 사이에서 데이터 통신을 원활하게 하기 위해 필요한 통신 규약

 

2) 패킷 교환망

전송을 할 때 데이터는 여러 조각으로 나누어지며, 이 조각을 packet이라고 부른다. 통신을 하는 두 단말만이 사용하는 물리적인 채널이 별도로 존재하지 않는다. 물리 채널은 다른 단말들과 공유하여 사용한다.

패킷 교환에는 데이터 전송 전에 두 단말 사이의 경로를 미리 설정하는지 여부에 따라 두 가지 방식이 존재한다. 

 

(1) 데이터그램(datagram)

• 두 단말 사이에 데이터가 전송되는 경로를 미리 정하지 않는다.
• 패킷 단위로 목적지 주소에 의해서 다음 경로의 노드를 결정한다.
• 따라서 각 패킷들이 다른 경로를 통해서 전달될 수 있으며, 순서대로 전달되지 않을 수도 있다.
• 인터넷은 이 방식을 사용한다. 
• 데이터그램에서 패킷 전달 과정

(2) 가상 회선 교환

• 패킷으로 전달한다는 점과 물리적 선로를 공유한다는 점에서 데이터그램과 동일하다.
• 하지만 데이터 전송 전에 두 단말 사이에 경로를 미리 정하고 패킷을 전송한다.
  • 이 점에서는 회선 교환과 유사하여 설정 단계가 필요하다. 
  • 미리 정해진 경로를 가상 회선이라고 한다. 
• 일단 경로가 설정되면 모든 패킷들은 이 경로를 따라 전송된다. → 패킷들을 순서대로 전달할 수 있음
• 패킷들은 고유한 가상 회선 번호를 갖고 있으며 교환기는 설정 과정에서 할당한 가상회선 번호에 따라서 패킷을 다음 노드로 전달한다. 

(3) 패킷 지연과 손실

회선 교환망에서는 전선 거리와 속도에 의해서만 데이터 전송 속도가 결정된다. 하지만 패킷 교환망에서는 지연과 손실이 발생하기 쉽기 때문에 이런 점들을 고려해야 전송 속도를 알 수 있다. 

• 패킷 지연 (delay)
  • 모든 패킷은 라우터에 도착해서 전송될 차례를 기다려야 한다.
• 패킷 손실 (loss)
  • 패킷이 도착했을 때 버퍼에 빈 공간이 없으면 버려진다. 

패킷이 라우터로 이동되면 다음 경로로 이동하기 전에 버퍼에서 대기한다. 이미 대기하고 있는 버퍼가 있다면 대기 시간이 생기는 것이다. 그리고 버퍼는 한정된 용량이기 때문에 패킷이 도착했을 때 버퍼가 가득 차 있으면 폐기된다. 

• 데이터그램에서의 패킷 전송 시간

*회선 교환은 지연이 없기 때문에 음성 데이터(전화)가 예상한 시간 안에 도착한다. 선로 위에서 일정한 구간만 움직이는 '기차'와 비슷.

패킷 교환은 지연이 아예 없을 수도 있고, 데이터가 손실된 경우는 무한이 될 수도 있다. 다른 차들과 차 선로를 공유하는 '자동차'와 비슷.