교환 시스템 방식
통신회선의 분류
- 교환 회선 방식: 교환기 등을 이용하여 접속
- 회선 교환 방식: 사용자가 직접 전화기의 번호판을 눌러 전화망을 이용해 상대방을 호출하고 연결 (전용회선)
- 축적 교환 방식: 교환기를 이용, 정보를 메시지나 패킷 단위로 저장하고 전송
회선 교환 방식
- circuit switching system
- 연결형 서비스를 제공
- 2G에서 음성서비스 등 통신 서비스 (현. LTE이상 버전. 패킷교환방식)
- 2개의 컴퓨터 단말기 간에 정해진 통신로나 회선을 설정하여 정보를 교환하는 시스템
- 일단 통신로가 설정되면 그 통신로는 한 트랜잭션의 정보 전달만을 위하여 독점되며, 전용 회선으로 사용될 수 있음
- 전용회선 사용으로 장점: 통신로가 설정되면 부분망은 이 통신로를 통하는 정보를 간섭하지 않으므로 정보의 형태, 부호, 전송 제어 절차 등에 대해 제약이 없음
- 송수신 측 단말 사이의 통신로를 접속하면 그 통신로를 유지하는 것만으로 정보의 전송이 가능하기 때문에 대량의 정보를 송신
- 적합한 데이터 형태: 팩스 전송, 통신 밀도가 높은 데이터 통신에 적합하며, 교환기 내에서 처리 시간 지연이 없고 즉시성이 뛰어나다는 장점
- 고정 대역폭의 전송률을 지원, 네트워크의 구조가 단순
패킷 교환 방식
- packet switching
- 비연결형 서비스를 제공
- 패킷 교환 방식은 메시지 교환 방식과 회선 교환 방식의 장점을 결합한 형태로, 전송하고자 하는 데이터를 패킷 형태로 작게 나누어 전송함
- 최대 전송 단위는 약 1,448Byte의 데이터를 전송함
- 전송방법: 패킷을 전송할 때만 전송 경로의 연결을 사용하므로 여러 개의 패킷을 하나의 목적지에 동시에 전송할 수 있고, 하나의 패킷을 여러 목적지로 동시에 전달할 수 있어 네트워크의 사용 효율이 높음
- 장점
- 패킷으로 나누어 짧은 시간만 전송 경로를 사용하므로 네트워크상의 데이터 경로를 시간적으로 여러 사용자들이 공유할 수 있음
- 오류 제어와 흐름 제어를 통해 비교적 용량이 큰 데이터를 정확하게 전달함
- 패킷 교환 방식은 전송할 데이터를 패킷이라는 단위로 전송하는 교환 방식
- 송신측은 전송할 데이터를 분할하고, 라우팅에 필요한 주소 등의 제어 정보(헤더)를 추가하여 패킷을 생성한 다음 전송
- 수신측은 수신한 패킷에서 헤더를 제거하고 원래의 데이터로 재조립함
- 패킷 교환 방식을 연결 방식에 따라 구분하면 연결형인 가상회선 방식과 비연결형인 데이터그램(datagram)으로 나눌 수 있음
- 가변 대역의 전송률을 지원해 네트워크 구조가 복잡한 단점을 가짐
- 패킷 교환 방식의 연결 동작
- ① 하나의 전용 회선을 할당받아 데이터를 주고받는 방식이기 때문에 패킷마다 각각의 전용 회선을 할당해야 하므로 통신을 위해 미리 연결(Set-up)절차를 거쳐야 함.
- ② 셋업 절차는 송신측에서 -> 수신측까지의 경로에 맞는 대역폭(Bandwidth)을 미리 할당받는 과정이 요구됨
- 장점: 전용 회선은 패킷이 전송되지 않더라도 다른 패킷(데이터)이 끼어 들 수 없으므로 속도와 성능이 항상 일정/ 주로 실시간이 중요한 전화망에 사용
회선 할당 다중화 방식
- 주파수 분할 다중화(FDM)과 시분할 다중화(TDM) 방식을 사용
- 다중화 방식: 전송로 하나에 데이터 신호 여러 개를 중복시켜 고속 신호 하나를 만들어 전송하는 방식
- 여러 개의 신호를 동시에 하나의 채널(하나의 물리적 회선)을 통해 직렬로 전송하는 장치(또는 시스템)이며, 정적인(단순히 여러 개의 신호를 묶는다는 의미) 공동 이용 장치
주파수 분할 다중화
- FDM, Frequency Division Multiplexing
- 알고리즘: 하나의 전송로 대역폭을 작은 대역폭(채널) 여러 개로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용할 수 있게 하는 방식
- 장점: 구조가 간단하므로 비용이 저렴하고, 사용자가 추가하기 쉬우며, 각 사용자의 단말기에서 사용하는 코드와는 상관없이 다중화가 가능
- 응용분야: TV 방송이나 CATV 등에서 주로 사용
- 패킷교환방식을 위한 구성요소
- Queue (데이터 저장용 버퍼)
- Router
- Network(통신망)의 형태로 구성됨
- 회선교환방식 vs. 패킷교환방식 비교
- 전송 선로를 통하여 정보를 전송하는 유선통신은 ①전용회선을 이용하는 방식과 ②교환 회선을 이용하는 방식으로 나뉨
- ① 전용회선은 고정대역폭으로 품질이 우수한 반면 유휴 대역이 빈번하여 효율이 떨어지는 단점이 있음.
- ② 교환회선은 품질성은 떨어질 수 있으나 여러 사람이 사용하여 효율성을 높이는데 초점이 맞춰져 회선교환방식은 송, 수신 간 경로를 설정하여 전용회선처럼 사용함 (e.g. PSTN, 2G 음성망)
- 반면, 패킷교환방식은 음성을 IP(패킷) 데이터로 전송 (e.g. LTE망)
프레임 릴레이 & 셀 릴레이 교환
- 목적 신뢰도가 높은 네트워크 환경을 고려하기 위해서는 전송 오류 제어가 효율적으로 처리되는 네트워크 프로토콜을 설계해야할 필요가 있음
- 데이터의 전송 속도를 향상시키는 기술
- 이를 위해서 동일 속도의 전송 매체로 고속 데이터 전송이 가능하도록 고안된 기술이 프레임 릴레이
- 패킷 교환 방식이 종단 사용자에게 64kbps의 전송률에 비하여 프레임 릴레이 방식은 2Mbps전송률을 전송하는데, 이는 오류 처리 관련 오버헤드를 최소화 한 것이며, 프레임 릴레이 방식은 연결형 패킷 서비스를 지원함
프레임 릴레이 설계
- 가변 길이의 패킷을 지원
- 한 호스트에서 수신된 프레임을 타호스트에 중개하는 기능만을 수행
- 오류 복구나 흐름 제어는 수행하지 않기에 데이터 링크 계층의 기능을 단순 설계한 것
셀 릴레이 교환 방식
- 셀(Cell)이라는 고정 크기의 패킷을 사용
- ATM(Asynchronous Transfer Mode) 방식으로도 불리는 셀 릴레이 방식은 회선 교환과 패킷 교환 방식의 장점을 취합하여 설계함
- 셀 릴레이 방식은 프레임 릴레이처럼 오류 제어에 대한 오버헤드를 최소화
- 패킷의 크기가 고정인 경우 가변적인 경우에 비하여 패킷처리 과정에서 오버헤드를 감소시킬 수 있으며, 셀 릴레이 방식의 경우에는 2~100Mbps의 전송률이 지원이 가능
- 구조가 복잡한 순서: 패킷교환, 프레임 릴레이, 셀 릴레이, 회선교환
교환 시스템의 종류
- 전용 회선 방식 특징: 송신, 수신 호스트가 전용 통신 선로로 데이터 전송
- 교환 회선 방식 특징: 전송 선로 하나를 다수의 사용자가 공유
- 회선 교환 방식 특징: 데이터 전송 전에 양단 사이의 연결을 설정
- 패킷 교환 방식 특징: 연결을 설정하지 않고 패킷 단위로 데이터를 전송
회선 교환
- Circuit Switching
- 데이터를 전송하기 전에 연결 경로를 미리 설정하는 방식
- 모든 데이터가 같은 경로로 전달
- 고정 대역의 전송 선로를 전용으로 할당 받아 안정적인 데이터 전송률 지원
메시지 교환
- Message Switching
- 전송하는 메시지의 헤더마다 목적지 주소를 표시하는 방식
- 송신 호스트가 전송하는 전체 데이터가 하나의 단위로 교환 처리됨
3패킷 교환
- Packet Switching
- 송신 호스트는 전송 데이터를 패킷으로 나누어 전송, 각 패킷은 독립적 라우팅 과정을 거쳐 목적지에 도착
- 장점: 전송 대역의 효율적 이용, 호스트의 무제한 수용, 패킷에 우선순위 부여
- 지터: 패킷의 도착 지연 시간이 가변적이며, 각 패킷들의 지연 시간 분포를 의미
- 패킷 경로를 선택하는 방식 : 정적 경로, 동적 경로
4패킷 교환 서비스
- 가상 회선: 연결형 서비스를 지원하기 위한 기능 연결을 통해 전송되는 모든 패킷의 경로가 동일
프레임 릴레이
- Frame Relay
- 동일한 속도의 전송 매체로 고속 데이터 전송을 지원할 수 있도록 고안된 기술
- 데이터들은 각각 같은 크기로 쪼개져 프레임 안에 저장된 뒤 전송됨
- 데이터 링크 계층의 기능을 단순하게 설계 가능
- 망 종단 장치에서 오류 등을 처리하도록 하는 고속 데이터 전송 기법 프레임 중계(frame relay) 기술을 이용하여 기존의 X.25 패킷 교환망의 10배까지 고속 데이터 전송
- X.25 패킷 교환망
- 패킷교환 가상회선방식 이용
- 다중패킷 비동기식 TDM 방식 이용
셀 릴레이
- Cell Relay (ATM, Asynchronous Transfer Mode 방식)
- 회선 교환과 패킷 교환 방식의 장점을 모아 고안
- 오류 제어에 대한 오버헤드를 최소화
- 셀이라는 고정 크기의 패킷을 사용
- 일정한 크기의 작은 패킷으로 셀을 사용하는 방식의 네트워크 기술. 셀은 길이가 고정되어 있기 때문에 하드웨어에서 높은 속도로 처리
- 음성, 데이터, 비디오 따위의 정보를 셀로 세분하여 전송하는 비동기 전송방식
