[네트워크] 데이터 교환 방식 - 회선 교환

 

서론

네트워크를 통해 데이터를 이동시키는 방식에는 회선 교환(circuit switching)과 패킷 교환(packet switching)이라는 두 가지 방식이 있습니다.

[네트워크] 데이터 교환 방식 - 패킷 교환

이전 게시글에서 패킷 교환(packet switching)에 대해 알아보았으니 이번 게시글에서는 회선 교환(circuit switching)에 대해 한번 정리해 보겠습니다.

 

회선 교환(circuit switching)

회선 교환 네트워크에서는 패킷 교환과 반대로 종단 시스템 간에 통신을 제공하기 위해서 경로상에 필요한 자원(버퍼, 링크 전송률)은 통신 세션(session) 동안에 확보 또는 예약(reserve)됩니다.

교환기를 통해 통신 회선을 설정하여 직접 데이터를 교환하는 방식이며, 직접 교환 방식으로 일반 전화에 사용합니다. 대표적으로 전화망을 떠올릴 수 있습니다.

한번 회선 교환을 아래의 두 가지 레스토랑을 예시로 들어보겠습니다.

• 예약을 요구하는 레스토랑
• 예약이 필요 없는(받지 않는) 레스토랑

예약을 요구하는 레스토랑은 집을 떠나기 전에 전화로 예약하면 레스토랑에 도착하자마자 바로 자리에 앉을 수 있고 음식을 주문할 수 있습니다. 반면 예약을 받지 않는 레스토랑은 테이블을 예약하는 준비작업은 필요 없지만 레스토랑에 갔을 때, 바로 앉지 못하고 기다릴 수도 있습니다.

4개의 스위치와 4개의 링크로 구성된 간단한 회선 교환 네트워크

위 이미지는 회선 교환 네트워크를 보여줍니다. 이 네트워크는 4개의 회선 스위치가 4개의 링크에 연결되어 있습니다. 이들 각 링크는 4개의 회선을 가지므로 각 링크는 4개의 동시 연결을 지원할 수 있습니다. 만약 호스트 A가 호스트 B와 통신하기를 원한다면 네트워크는 먼저 2개의 링크 각각에 한 회선을 예약합니다.

위 이미지에서 지정 된 종단 간 연결은 첫 번째 링크의 두 번째 회선을 사용하고 두 번째 링크의 네 번째 회선을 사용합니다.(파란색 선) 각 링크는 4개의 회선을 가지므로, 종단 간 연결을 사용하는 각 링크에 대해, 그 연결은 연결이 지속되는 동안 링크 전체 전송 용량의 1/4를 얻습니다. 예를 들어, 만약에 이웃한 스위치 간에 각 링크가 1 Mbps의 전송속도를 갖는다면, 각 종단 간 회선 교환 연결은 지정된 전송속도의 250 kbps를 얻게 됩니다.

 

회선 할당 방식

링크 내 한 회선은 주파수 분할 다분화(frequency-division multiplexing, FDM) 혹은 시 분할 다중화(time-division multiplexing, TDM)로 구현됩니다.

1) 주파수 분할 다분화(frequency-division multiplexing, FDM)

주파수 분할 다중화(FDM)에서 링크를 통해 설정된 연결은 그 링크의 주파수 스펙트럼을 공유합니다. 특히 그 링크는 연결되는 동안 각 연결에 대해 주파수 대역을 고정하여 제공합니다. 

2) 시 분할 다중화(time-division multiplexing, TDM)

시 분할 다중화(TDM) 링크의 경우는 시간을 일정 주기의 프레임으로 구분하고 각 프레임은 고정된 수의 시간 슬롯으로 나뉩니다. 네트워크가 링크를 통해 하나의 연결을 설정할 때, 네트워크는 모든 프레임에서 시간 슬롯 1개를 그 연결에 할당합니다. 이들 슬롯은 그 연결을 위해 사용되도록 할당되고, 그 연결의 데이터를 전송하기 위해 모든 프레임에 하나의 시간 슬롯을 갖게 됩니다.

FDM 과 TDM

요약하자면 아래와 같습니다.

• FDM은 각 회선을 지속적으로 대역폭의 일부를 얻는다.
• TDM은 각 회선은 짧은 시간 동안(즉, 슬롯 동안) 주기적으로 전체 대역폭을 얻는다.

위 이미지를 보면 FDM의 경우에는 주파수 영역이 4개 대역으로 분할되었고, 각각은 4 kHz 대역폭을 갖습니다. TDM의 경우에는 시간 영역이 시간 프레임으로 분할되고 각 프레임은 4개의 시간 슬롯을 갖습니다. TDM 회선의 전송률은 한 슬롯 안의 비트 수에 프레임 전송률을 곱한 것과 같습니다. 예를 들어, 링크가 초당 8,000 프레임을 전송하고 각 슬롯이 8비트로 구성된다면, 회선의 전송률은 64 kbps입니다.

 

회선교환 vs 패킷 교환

종류	장점	단점
회선 교환	- 대용량의 데이터를 고속으로 전송할 때 좋다. - 고정적인 대역폭을 사용한다. - 접속에는 긴 시간이 소요되지만 그 후 접속이 항상 유지되어 전송 지연이 없다. - 데이터 전송률이 일정하다. - 아날로그나 디지털 데이터로 직접 전달하며, 연속적인(실시간) 전송에 적합하  다.	- 회선을 이용한다는 면에서 비효율적이다. - 연결된 두 장치는 반드시 전송률이 같은 기종 사이에서만 송수신이 가능하다. - 통신 회선이 독점되므로 통신 비용이 고가이  다. - 교환망 내에서의 에러 제어가 어렵다.
패킷 교환	- 모든 사용자간에 빠른 응답시간을 제공한다. - 속도 변환과 프로토콜 변환이 가능하다. - 신뢰성이 높다.(저장 후 전달, 기억장치 사용) - 기종 간의 전송속도, 전송 제어 절차가 다르더라도 라우터에서 변환 처리를 제 공하므로 통신이 가능하다.	- 패킷 단위로 헤더를 추가하므로 오버헤드가  발생할 수 있다. - 실시간 전송이 되지 않는다.

 

마무리

패킷 교환과 회선 교환이 현재 전기통신 네트워크에서 널리 이용되지만, 그 추세는 패킷 교환으로 바뀌고 있습니다. 오늘날의 많은 회선 교환 전화망이 패킷 교환으로 전환 되고 있으며, 특히 전화망은 비싼 해외 통화 부분을 패킷 교환 방식으로 이용합니다.