[네트워크] 교환 기술

모든 노드들이 네트워크에 꾸려져 있다. 네트워크에 한 라인만 꽂으면 네트워크 안에서 스위칭이 돼서 목적하는 단말 쪽으로 전달을 한다.

네트워크는 뭐로 구성 되어있냐?

스테이션

컴퓨터는 물론, 전화, 터미널 등 데이터 통신이 가능한 모든 디바이스를 포함

 

각 스테이션은 데이터 통신 네트워크를 구성하는 노드(node)에 연결

네트워크 노드

라우터, 브리지 등과 같은 디바이스에 대한 총칭으로, 전송 측으로부터 목적지까지 데이터의 이동에만 관여

 

교환기술이란?

다수의 디바이스 상호 간에 최적의 연결성을 제공해주는 기술

하나의 노드에만 연결해놓으면 최적의 연결을 해주는 것을 목적.

 

데이터 통신 네트워크의 구분(데이터를 전송하는 데 사용되는 기술과 구조에 따라)

교환 데이터통신 네트워크 (switched data communication network)

방송 데이터통신 네트워크 (broadcast data communication network)

 

tv에서 방송국에서 해당 신호를 뿌리면 안테나로 받아서 찾는다.

주파수를 찾으면 방속국에서 보낸 신호를 받을 수 있다.

 

 

교환 네트워크 종류

회선교환 네트워크

메시지 교환 네트워크

패킷 교환 네트워크

 

방송 네트워크 종류

패킷 라디오 네트워크

위성통신 네트워크

지역(local) 네트워크

최적의 연결성을 보장해준다.

 

 

교환 방식 - 회선교환 방식

서킷 스위치 방식

회선을 설정, 데이터 전송, 설치한 회성이 필요 없으니 회선 해재

3단계로 이루어진다.

 

데이터가 전송되기 전에 스테이션 사이에 회선, 즉 전용 전송로(버스전용로 같이) 설정

 

트래픽이 많은 시간에도 어느정도 트레픽 시간을 보장하기 위해서

 

ex)

스테이션 A에서 스테이션 E로의 회선이 <노드 1-노드 3-노드 4-노드 6-노드 5>로 설정됨

언제 전용 전송로를 까는가? 전화(음성), 센서, 원격측정 등과 같은 비교적 연속적인 데이터 흐름을 갖는 경우

 

(장점) 회선을 할당받아 사용하기 때문에 안정적이고 실시간 데이터 서비스가 가능

 

(단점) 효율성이 떨어짐. (연결이 설정된 후에는 회선은 다른 사용자가 사용할 수 없음)

 

계속 데이터가 있어야 효율이 높아진다. 전화 같은 경우 데이터가 안정적으로 계속 나오기 때문에 좋다.

 

대표적인 회선교환 방식

전화 스위치가 있다. 스위치에서 다른 전화기로 가기 위해서 나가는 포트를 정한다.

예전에 사람이 포트를 연결했다. 요즘에 안에서 자동으로 해준다.

 

메시지 교환 방식

메시지라고 하는 데이터의 논리적 단위를 교환하는 방식

여기서는 두 스테이션 사이에 전용 전송로를 설정할 필요 없음

메시지, 데이터와 함께 목적지 주소를 첨부하여 전송하며, 메시지는 노드에서 노드로 네트워크를 통해 이동

ex)

A에서 C로 전달하려고 한다. 메시지를 만들어서 전달하는데 메시지에 c로 간다는 주소 값이 있다. 

노드에 도착해서 1번 노드에서 2번으로 갈지 3으로 갈지 결정해서 3으로 간다고 결정한다.

4번 노드로 가서 C로 전달한다.

 

메시지 교환 방식은 축적 후 전달 방식이라고 한다. 메시지가 다 올 때까지 저장하다가 전달하는 방식

 

메시지 교환 방식의 특징

전송로의 효율적 이용으로 회선교환 방식보다 적은 비용으로 네트워크 설계가 가능

-여러 메시지가 링크 공유 가능 때문에

 

축적 후 전달 방식으로 얻을 수 있는 장, 단점

-상대 스테이션이 다른 스테이션과 데이터 교환 중이거나 고장 등의 이유로 메시지를 수신할 수 없는 상태일 때에도 메시지 전송 가능

 

-두 스테이션의 코드나 속도(Data Rate)가 달라도 통신 가능

 

ex) 보낼 때 ASCII로 보내고 받는 스테이션은 유니코드를 사용한다고 하면 노드가 인코딩을 다시 해줄 수 있다.

 

-데이터 전송량이 폭주하는 경우에 교환 네트워크의 혼란 상태를 피할 수 있음

 

-필요에 따라 우선순위 전송이 가능

 

-동일한 내용의 메시지를 동시에 다수의 스테이션에 보낼 수 있음

 

-메시지의 분실을 방지하기 위해 번호를 부여하거나 전송 날짜, 시간 등을 추가하여 전송 가능

 

-(단점) 지연 발생

 

다 올 때까지 기다렸다가 보내기 때문에

 

 

패킷 교환 방식

메시지 교환 방식과 회선교환 방식의 장점을 결합하고 단점을 최소화한 방식

 

패킷을 목적지 주소에 따라 적절한 경로를 선택하여 전송하도록 하는 교환 방식

패킷: 전송 시 정해진 크기와 형식에 맞도록 구성한 데이터 블록

 

IP 패킷 경우 65,535B인 가변, ATM경우 53B 고정

현재 인터넷에서 많이 쓰는 방식

ATM - 2 계층에서 사용하는 빠른 속도로 스위칭이라고 한다.

작기 때문에 셀이라고 한다.

 

패킷 교환 특징

노드가 교환기(switch)의 역할을 수행하는 점에서는 메시지 교환의 경우와 비슷하나 메시지교환의 경우처럼 노드가 메시지를 축적하지는 않음 ---> 빠른 응답 시간이 요구되는 응용에 사용 가능

 

-메시지 교환의 경우와 유사하게 속도와 코드가 서로 다른 디바이스 사이에서도 데이터 교환이 가능

 

-경로 변경 방식에 따라 교환기 통신 회선 등의 장애가 발생할 경우에도 대체 경로를 선택할 수 있어 네트워크의 신뢰성 향상

데이터가 오면 고정 데이터로 잘라서 패킷 스위칭 장비에 넣고 원래 데이터로 복구해서 사용한다.

패킷 교환 방식의 구분

패킷교환 방식에서도 데이터 스트림을 처리하는 방법에 따라 2가지로 나뉜다.

 

데이터그램(datagram)

패킷 스트림을 독립적으로 처리하는 방식으로 연결 설정 단계가 불필요하고, 혼잡을 피해 경로 구성이 가능하기 때문에 융통성이 개선

 

그때그때 최적의 길을 찾아간다.

 

데이터그램 패킷 교환 방식 특징

각 패킷(데이터그램)은 독립적으로 처리됨

-No call setup phase(회선이 set up 될 필요 없다.

-전송 패킷 수 적을 때 유리

 

각 패킷은 실용적인(최선의) 루트를 선택할 수 있음

-More flexible

-혼잡 루트를 피할 수 있음

-노드가 오류 시, 이후 패킷은 이를 우회할 수 있음

 

패킷들의 도착 순서가 바뀔 수 있음

ex) 123 보냈는데 321로 올 수도 있음

 

패킷 손실 가능

 

Exit노드나 수신지에서 바뀐 패킷 순서를 맞추거나 손실 패킷을 복구하는 기능 수행

마지막 Exit 노드에서 손실, 바뀐 패킷을 복구하는 기능을 한다.

 

 

가상 회선 방식(virtual circuit)

논리적 연결 설정(logical connection)을 하는 방식으로 에러 제어, 흐름 제어가 가능하여 신뢰성이 높아짐

회선을 set up 한다 근데 그 회선이 가상 회선이다.

회선이 회선 따라 가지만 전용이 아니고 디바이스 둘만 사용하지 않는다. 다른 데이터가 전달될 때 기다려줘야 한다.

 

 

가상 회선 방식 패킷 교환 방식 특징

가상 회선은 패킷 전송 전 설정한다.

 

전용회선은 아니나 논리적 연결 수립

 

Call request와 call accept packets은 연결 수립에 사용 (handshake)

-이때 가상 회선이 set up 된다.

 

각 패킷은 목적지 주소 대신 가상 회선 ID를 가짐

-주소는 길다. ID는 가상 회선만 구분하면 된다.

-ID가 짧기 때문에 스위치를 더 빨리 찾아갈 수 있다.

 

패킷은 노드에서 출력 전 버퍼링/큐잉될 수 있음

-Sequencing, error control 제공

메시지 교환 방식에서 축적 후 전달처럼 

큐잉된다 = 저장된다.

 

라우팅은 각 패킷에 이뤄지는 것이 아니라 가상 회선 설정 시 한번 수행

-빠른 포워딩

라우팅 = 길 찾아가는 것

 

 

회선교환, 가상 회선교환, 패킷 교환 방식을 비교한 그림

y축이 시간이다. 노드가 4개의 사이를 3개의 링크로 지나가는 걸 보여주는 것이다.

 

(a) 회선 교환

회선을 set up을 하기 위해서 call request를 보내고 accept가 온다. 그러면 set up이 된다.

근데 request 할 때 딜레이 3개가 보인다. 전송 딜레이, 전파 딜레이, 처리 딜레이

 

전송 딜레이 = 시스템에서 메시지 길이만큼 장치에서 링크 위로 올리는데 걸리는 시간

 

전파 딜레이 = 링크를 타고 가야 되는데 다음 노드까지 가는데 걸리는 시간

전파 딜레이는 미디어에 따라 속도(기울기)가 결정되고 멀리 가면 멀리 갈수록 커진다.

 

처리 딜레이 = 다 도착했다 다음 노드를 어디로 갈지 처리(라우팅 처리) 걸리는 시간

 

call accept 신호는 처리 딜레이가 없다. 왔던 길 쭉 따라가면 된다. 라우팅이 필요 없다.

user data는 라우팅이 필요 없다. 

 

 

(b) 가상 회선교환

여기서 call accept 패킷이 처리 딜레이가 걸린다. 왜냐? 가상 회선은 전용한다고 하지 않았다. 노드에서 잠깐 기다릴 수 있다. 가상 회선이 다른 스테이션 데이터를 실어 나르는데 필요할 수 있다.

패킷도 회선을 따라간다. 노드에서 머무르는 처리 딜레이가 필요하다.

 

 

(c) 데이터그램 패킷 전송

회선 까는 과정이 없다.

교환 방식의 특징

 

 

다중화 기법과 교환기술 요약

주파수

시분할

통계적

 

 

회선

메시지

패킷