정보통신기사, 정보통신학과, 통신직 등 정보통신일반 요점 정리 19. 통신망 교환 기술

19.  통신망 교환 기술

 

전송중인 데이터는 여러 개의 중간 노드를 거쳐 수신측으로 전달되는데, 이러한 전
송기술은 크게 회선교환(Circuit Switching) 방식과 패킷교환(Packet Switching) 방식
으로 나눌 수 있다.

가. 회선교환(Circuit Switching) 방식
회선 교환 방식은 데이터 전송 전에 먼저 송신측과 수신측 사이에 물리적 전용통신
경로를 설정하고, 연속으로 데이터를 전송하는 방식으로 설정된 통신 경로는 통신이
종료될 때까지 독점된다. 전용회선이 설정된다는 것은 통신장치 간에 독립적인 통신
로가 설정되는 것을 의미하고 가장 대표적인 것은 전화망이다. 회선 교환방식에서는
회선 교환기를 사용하게 되는데, 회선 교환기는 회선 설정 및 해제, 그리고 정보전송
기능을 수행한다. 회선 교환방식에서는 정보가 전송되기 전에 먼저 통신장치 간 회
선이 설정되어야 한다. 이러한 회선 교환 방식의 대표적인 예로서 전화를 들 수 있는
데, 수화기를 들고 전화번호를 누르면 송신자와 수신자 사이에 통화 경로가 설정된
다. 수신자가 전화를 받으면 통화가 이루어지며, 이후 음성데이터의 전송여부에 관
계없이 전화를 끊는 순간까지 설정된 통신 회선은 송신자와 수신자가 독점하여 사용
하게 된다. 마지막으로 수화기를 내려놓으면 두 사용자간의 회선이 해제되게 된다.
회선 교환방식에서는 [그림 2-42]와 같이 통신을 시작하기 전에 신호방식을 이용
해 비어 있는 회선을 설정한다. 회선이 설정되고 나면 전달되는 정보는 항상 설정된
경로를 통하여 전송되고 전송이 끝나면 송신 또는 수신측의 어느 한 장비가 해제신호
를 보내서 할당받은 회선을 내어놓게 된다. 회선 교환 방식은 회선을 마치 전용선처
럼 사용하기 때문에 대용량 데이터 전송에 사용될 수 있으며, 일단 통신 경로가 설정
되면 교환 노드에서의 처리 지연이 거의 발생하지 않기 때문에 음성이나 동영상과 같
은 연속적이면서 실시간 전송이 요구되는 통신에도 유용하게 사용될 수 있다. 반면,
실제 데이터 전송여부와 관계없이 회선을 독점으로 사용하기 때문에 효율성이 떨어지
고 설정된 통신 경로를 통하여 데이터를 그대로 전송하기 때문에 교환망 내에서의 오
류제어가 어렵다는 단점을 가진다.

나. 셀(Cell) 교환방식
셀 교환방식은 비동기식 전송 모드(ATM, Asynchronous Transfer Mode)에서 사용
되는 데이터 교환방식으로 데이터를 고정된 길이의 셀로 나누어 전송하는 방식을 말
한다. 일반적으로 셀의 크기는 패킷에 비하여 굉장히 작은 편이며, ATM에서는 전송
데이터를 48바이트의 고정 길이로 분할하고 5바이트의 제어 정보를 추가하여 53바이
트의 셀을 생성하여 전송한다. 셀은 패킷과 비슷하지만 패킷이 가변길이인 것에 비하
여 셀은 고정길이인 것이 특징이며, 고속전송이 가능하다. ATM 교환방식에서는 셀
의 헤더에 저장되어 있는 가상 경로 식별자(VPI, Virtual Pass Identifier)와 가상 채널
식별자(VCI, Virtual Channel Identifier)를 이용하여 셀을 교환한다. 가상 경로 식별
자(VPI)는 ATM 셀의 헤더 내에 있는 8비트 크기의 필드로서, 셀이 어떤 경로로 ATM
스위치들을 통과해야 하는지를 파악하는 데 사용하고 가상 채널 식별자(VCI)는 셀이
최종 수신 장치까지 도달하기 위해서는 어떤 네트워크(채널)를 이용해야 하는지를 찾
아내는 역할을 한다. ATM 셀 방식은 거의 모든 과정을 하드웨어로 처리하기 때문에
전송 지연과 변이가 적으며, 데이터는 물론 음성, 화상 등을 이용한 멀티미디어 통신
에 적합한 방식이라고 할 수 있다.

ATM 셀 교환방식의 동작 형태

다. 패킷교환(Packet Switching) 방식
패킷은 메시지의 전송단위로서 전송하고자 하는 정보를 적당한 크기로 나눈 것을
의미한다. 패킷 교환방식이란 전송할 메시지를 패킷 단위로 분할하고 목적지 주소에
따라 패킷을 적절한 경로로 전달하는 통신방식이다. 정보 전송 이전에 회선을 설정하
는 회선 교환방식과는 달리 패킷의 수신측 주소정보를 바탕으로 교환기가 상황에 따
라 적절한 전송경로를 결정한 후에 정보를 전송하는 방식이다. 한편 패킷의 길이는
메시지의 길이, 메모리 사용 능률, 네트워크 지연시간 등 다양한 변수들을 고려하여
결정된다. 패킷 교환망에서 라우터는 수신한 패킷을 저장한 후에 네트워크의 상황과
패킷에 포함된 수신측 주소를 고려하여 적절한 경로를 선택한다. 교환 노드에서는 패
킷의 라우팅 정보를 검사함으로써 수신한 패킷을 적절한 링크를 통해 전송하며, 수신
측에서는 수신한 패킷들의 재조합을 거쳐 메시지를 완성한다. [그림 2-44]는 패킷교
환 방식의 예를 나타내고 있다.

패킷교환 방식은 네트워크 내의 동일한 데이터 경로를 여러 명의 사용자들이 공유
할 수 있고, 전송이 실패한 경우 해당 패킷에 대해서만 재전송 요구가 가능하기 때문
에 이용 효율이 높다. 또한 전송량 제어와 전송속도 변환이 가능하며 패킷 내에 포함
된 제어정보를 이용하여 전송 오류를 정정할 수도 있다. 반면 패킷의 전송지연으로
인해 다량의 데이터 전송에는 부적합하고, 패킷 단위로 추가되는 헤더(Header)로 인
하여 패킷별 오버헤드(Overhead)가 발생하게 된다. 패킷교환 방식은 데이터를 전송
하기 전에 논리적 연결과정이 있는 가상회선(Virtual Circuit) 방식과 논리적 연결과정
이 없는 데이터그램(Datagram) 방식으로 구분된다.

(1) 가상회선 방식
가상회선 방식은 데이터 전송 전에 송신측과 수신측 사이에 논리적인 연결을 설정
하는 패킷 교환 방식으로 모든 패킷들은 이 연결을 통해 전송된다. 이렇게 설정된 논
리적 연결을 가상회선(Virtual Circuit)이라고 하며, 전송되는 각 패킷에는 가상회선
번호(VCI : Virtual Circuit Identifier)가 포함된다. 이 경우 각 패킷은 보내진 순서대
로 수신측에 도착하게 되며, 모든 패킷의 전송이 끝나면 가상회선은 해제된다. [그
림 2-45]는 가상회선 방식에서의 데이터 흐름을 나타내며, 패킷이 전송되기 전에 경
로를 미리 설정 하는데 이러한 형태의 통신을 연결 지향형(Connection-Oriented)이라
한다. 회선교환 방식이 데이터의 전송여부에 관계없이 전용회선이 설립되는데 반하
여, 가상회선 방식은 데이터가 전송될 때에만 경로가 설립되고 전송이 끝나면 해제되
는 것이 가장 큰 차이점이다.

가상회선 방식

(2) 데이터그램 방식
각 패킷마다 송신측 및 수신측의 주소를 넣어 독립적으로 전송하는 방식으로 데이
터의 전송 전에 논리적인 연결이 설정되지 않는다. 이렇게 독립적으로 취급되는 각
패킷을 데이터그램이라 부르며, 패킷을 수신한 패킷 교환기는 네트워크의 상황에 따
라 최선의 경로를 선택하여 패킷을 전송하게 된다. 이 방식에서는 하나의 메시지에
서 나누어진 여러 개의 패킷들은 서로 다른 경로를 통해 전송되기 때문에 전송된 순
서와 수신측에 도착하는 순서가 바뀔 수 있다. 따라서 수신측에서는 메시지 내의 패
킷들이 모두 도착한 후에 메시지를 재생성하게 된다. [그림 2-46]은 데이터 그램 방
식의 개념을 나타낸 것이다.

데이터그램 방식

(3) 가상회선 방식과 데이터그램 방식의 비교
가상회선 방식과 데이터그램 방식의 가장 큰 차이점은 경로의 선택 시점이며, 가상
회선 방식은 데이터 전송 전에 논리적 경로설정을 통하여 한번만 수행되는 반면, 데
이터그램 방식은 각 패킷마다 교환기가 경로를 설정한다. 따라서 가상회선 방식의 교
환기가 더욱 신속한 패킷 처리가 가능하며, 많은 양의 데이터를 연속으로 보낼 경우
에는 가상회선 방식이 유리하고 짧은 메시지의 일시적인 전송에는 데이터그램 방식
이 유리하다. 신뢰성의 측면에서는 데이터그램 방식이 유리한데, 이는 하나의 교환
기에서 장애가 발생한 경우, 가상회선 방식은 해당 교환기를 통과하는 모든 가상회
선이 마비되는 반면 데이터 그램 방식에서는 우회 경로를 선택할 수 있기 때문이다.