패켓 교환망과 X.25 프로토콜

1. 패켓교환망의 개요
　1) 패켓교환의 등장배경
　2) 패켓교환의 원리
　3) 패켓교환의 구성
　4) 패켓교환의 특징
2. X.25 프로토콜
　1) 개요
　2) 물리계층
　3) 프레임 계층
　4) 패켓 계층

　

1.패켓교환망의 개요

1) 패켓교환의 등장배경

패켓 교환의 개념은 1960년대초 군사용 음성통신회선의 도청방지를 위해 창안되었다. 이 개념은 음성대화의 내용을 여러개의 조각, 즉 패켓으로 나누어 전송하고 최종목적지에서 재조립하여 대화가 유지되도록 하는 것이다. 대화내용의 조각들이 경유하는 중간 경유지에서는 여러 대화의 조각들이 혼합되어 전송중이거나 단일 대화내용이더라도 각 조각들이 서로 다른 경로를 선택하게 함으로써 도청이 불가능하다.

이러한 개념은 실제적으로 1964년에 발표되었으나, 복잡한 처리과정, 경로 및 제어 등의 소요기능에 필요한 기술이 충족되지 않아 실용화 되지는 않았다.

비슷한 시기에 미국방부의 ARPA(ADVANCED RESEARCH PROJECT AGENCY)는 미전역의 대학, 연구소 등에서 연구용으로 사용될 컴퓨터들의 설치를 지원하고 있었다. 광범위한 지역에 설치된 컴퓨터들은 서로 시간대가 다르고 각 컴퓨터 센타의 업무량과 사용 하드웨어/소프트웨어 등의 차이가 있어 효율적으로 사용하기 위해서는 자원을 공유하여야하는 필요성이 발생하였다.

자원의 공유를 위해서는 컴퓨터간에 고속 및 대용량의 전송능력이 요구되고 이러한 요구를 충족하기 위해서 소요되는 데이타 전용회선의 비용은 너무 비싸 교환기술을 채택하여 통신망을 구축하여야 했다. ARPA는 이러한 요구사항을 충족하는 패켓 교환기술을 이용하여 컴퓨터망을 구축하였다.

이후 대형 컴퓨터 위주의 추세에서 미니컴퓨터 또는 마이크로컴퓨터 등이 출현하였다. 이것은 컴퓨터자원이 광범위하게 분산되어 상호 통신하고자 하는 요구를 발생시켰으며 이를 충족하기 위하여 패켓 교환망은 계속 발전하여 오늘날 컴퓨터를 이용한 데이타 통신에 가장 널리 사용되는 교환기술이 되었다.

　

2) 패켓교환의 원리

패켓(PACKET)이란 정보를 일정 크기로 분할하고 각각에 송수신 주소를 부가하여 만든 데이타 블록이다. 즉 패켓은 데이타가 포함된 편지봉투로 생각할수 있는데 편지봉투에는 수신 및 발신주소가 적혀있다. 발신지에서 수신지까지 배달도중 편지봉투내에 포함된 데이타는 손상없이 안전하게 전송되어야 한다.

편지봉투의 내용이 안전하게 전송되는 것처럼 패켓 교환에서는 데이타 패켓이 목적지 주소에 따라 적절한 통신경로를 선택하여 목적지까지 안전하게 전달된다. 이용자의 정보를 패켓이라는 비교적 일정한 단위로 분할함으로써 각 패켓간 상호간섭을 최소화하면서 망을 경유하여 이동하도록 하는 효과도 있다.

발신자가 송신한 패켓은 패켓 교환망내의 각 경유교환기에서 통상 수십 msec가 소요되는 축적 및 전송(store and forward)이라는 기본원리에 따라 최종 목적지까지 전달된다. 이때 각 교환기들은 다음 교환기 또는 최종 목적지 교환기가 패켓을 정확히 수신할 때까지 기억장치에 그 패켓을 일시 저장한다.

메세지 교환의 저장과 전송이라는 원칙과 달리 수신이 확인된 페켓은 폐기되며 해당기억장치의 공간은 다른 패켓의 일시 저장에 이용된다. 이러한 동작은 최소한의 망자원을 소요하면서 패켓을 안전하게 전송하는 결과를 가져온다. 패켓을 수신한 각교환기는 그 패켓을 다음에 어디로 보내야 할 것인가를 결정하는 경로선택기능을 수행한다.

경로선택 방식에는 미리 정해진 경로를 사용하는 고정 경로선택과 인접 패켓교환기와 연결 트렁크회선의 상태를 고려하여 매번 전송경로를 선택하는 적응 경로선택이 있다. 이러한 모든 동작은 비교적 짧은 시간(수십 ms ~ 수백 ms)에 모두 완료되기 때문에 컴퓨터의 리얼타임 대화용 통신에 적합하다.

앞에서 언급한 대로 교환기내의 기억장치는 매우 짧은 시차에 의해 여러개의 패켓이 공유한다. 교환기의 처리장치(CPU)의 관점에서도 이러한 현상은 동일하다. 회선교환망에서 이용자의 호출이 성립되어 있는동안 일시적으로 통신자원(회선, 교환기의 처리용량, 트렁크 회선의 일정대역폭 등)이 단독 점유되는데 비해 패켓교환망에서는 이용자간에 호출이 성립되어 있는 동안에도 통신자원이 독점적으로 제공되지 않고 다른 이용자의 호출과 공유한다.통신자원은 호출성립후 이용자가 패켓을 전송할때만 점유된다.

패켓교환망을 이용한 두 이용자의 접속은 두가지 방식이 있다.

첫번째 방식은 호출을 성립할 때만 경로선택이 수행되고 이때 선택된 경로는 해당호출이 종료될 때까지 계속 이용된다.
즉 호출성립이후 발생하는 모든 패켓이 호출시에 선택된 경로만 이용하여 목적지로 전송된다. 이 방식을 가상회선(Virtual Circuit)방식이라 하는데 실제적으로는 그렇지 않으나 마치 물리적인 회선이 두 이용자 사이에 연결된 것과 같이 느껴진다.

두번째 방식은 모든 패켓이 제각기 서로 다른 경로를 선택할 수 있는 방식으로 각 패켓은 자신이 전송되는 그 순간에 가장 효율적인 경로를 경유하는 장점을 갖게 되지만 목적지 수신후 순서가 바뀌어 도착한 패켓을 재정렬하는 처리과정이 추가로 필요하다. 이 방식을 데이타그램(Datagram)방식이라 한다.

데이타그램 방식의 경우 모든 패켓이 목적지 주소를 포함하는데 비해 가상회선 방식의 경우 호출성립이후 순수정보 전송용 데이타 패켓에서는 목적지 주소를 포함하지 않아도 되는 이점이 있다. CCITT의 패켓 관련 X.25 권고안에서도 이러한 환경을 고려하여 1984년 권고안부터 데이타그램 관련 권고내용을 삭제하였다.

그림 1. 에 패켓단말기 A로부터 단말기 C로 1 2 3 의 데이타를, 단말기 B로부터 A B C 의 데이타를 단말기 D로 송신하는 경우의 패켓 교환원리를 표시하고 있다.


그림 1. 패켓교환의 원리

　

3) 패켓교환의 구성

어느 교환망에서나 공통되는 전송장비(모뎀 또는 DSU) 및 전송선로를 제외하면 다음과 같은 요소들이 패켓교환망을 이루고 있다.

　

4) 패켓 교환의 특징

패켓 교환방식은 패켓을 일단 기억장치에 축적하고, 수신처에 따라 적당한 경로를 선택해 전송하는 축적교환방식이므로, 전송을 위해 다소의 처리지연이 발생하지만 다음과 같은 장점이 있다.

　

　

2. X.25 프로토콜

1) 개요

CCITT의 X.25 권고안은 1976년에 처음 발표된 이래 매 4년마다 그 내용이 개정되어 왔다.
X.25 권고안은 패켓형 단말기가 패켓교환망에 접속될수 있도록 하며 이용자 단말기를 DTE(DATA TERMINAL EQUIPMENT), 패켓교환망을 DCE(DATA CIRCUIT TERMINATING EQUIPMENT)라 정의한다.

DTE는 다른 DTE와 패켓교환망을 통하여 접속하며, 이를 위해 DCE에 접속하여 DCE의 제어를 받는다.
패켓교환망은 양측 DTE를 접속하고 있는 두 DCE간의 통신을 제공한다. X.25 권고안은 DCE와 DTE간의 상호접속에 대해서만 규정하며, DCE간의 네트워크 내부접속에 대한 사항은 규정하지 않는다.


그림 2. X.25의 개념

패켓교환망 내부의 통신절차는 패켓교환망마다 다를 수 있으나, X.25 권고안에 의하여 DTE가 패켓교환망으로부터 제공받는 패켓교환서비스는 모두 동일하다.
즉 X.25는 네트워크 아키텍처라기 보다는 DCE와 DTE간의 통신절차를 규정하는 계층화된 프로토콜이다. X.25는 OSI(OPEN SYSTEMS INTERCONNECTIONS : ISO가 제정) 참조 모델의 하위 3계층과 일치하는 3개 계층으로 구성되어 있다.

3개 계층은 물리계층, 프레임계층, 페켓계층으로 구성되어 있으며 상호 밀접한 관계를 형성하고 있다. 이들 사이의 관계가 그림 3.에 나타나 있다.


그림 3. X.25의 프레임,패켓계층의 개념

　

2) 물리계층

물리계층은 X.25의 최하위 계층으로서, 상위계층이 통신을 할 수 있도록 이용자와 패켓 교환망간 통신회선의 물리적인 접속의 설정, 해제 및 보전에 대한 역할을 담당한다.

물리계층의 전송로는 아날로그 회선 또는 디지탈 회선으로 구성가능하다. 아날로그 회선의 경우 모뎀이 전송장비로 사용되며, 디지탈회선의 경우에는 DSU(DATA SERVICE UNIT)가 전송장비로 사용된다.

물리계층에 관한 프로토콜은 실제로 DTE/DCE 인터페이스로서 규정되어 있다. DCE 인터페이스란 전송로에 접속 되는 모뎀, DSU등의 DCE와 단말기, 컴퓨터등의 DTE간을 접속하는 상호접속회로, 코넥터등에 관한 규정을 말한다.

그 규정은 다음과 같다.

　

3) 프레임 계층

단말기와 패켓교환기 간에 원할한 데이타 전송이 이루어 질 수 있도록 데이타 링크의 제어를 수행 하는 것이 프레임 계층 프로토콜의 기능이다.

프레임 계층 프로토콜이 제공하는 구체적인 기능으로는 연속된 비트열(데이타)을 전송단위로 분할하는 기능, 순서제어 기능, 에러검출 및 회복기능, 흐름제어 기능 등이 있다. HDLC(High Level Data Link Control)은 ISO에 의해 1974년에 발표된 프레임 계층 프로토콜로서 현재 가장 널리 사용되고 있다.

CCITT의 X.25에서 사용되는 LAPB(Link Access Procedure Balanced)도 HDLC와 매우 유사하며 HDLC의 부분조합이라 할 수 있다.

HDLC의 특징

a)전송효율의 향상
메세지 송신후 바로 수신응답을 하는 반이중 통신에 비해 HDLC는 양 방향으로 동시에 메세지를 어떤 범위까지는 응답없이 연속적으로 전송할 수 있게 함으로서 회선의 전송 효율을 향상시키고 있다.

b)신뢰성의 향상
모든 프레임에 전송 에러 검사를 위해 에러검출 부호가 부가되기 때문에 신뢰성이 높은 통신이 된다.

c)비트 투과성
IBM에서 제공하는 BSC등과 같은 프로토콜에서는 본문 중에 전송제어문자(STX, ETX, ACK 등)와 동일한 문자정보를 삽입할 수 없지만, HDLC에서는 전송제어상의 제한을 받지 않고 자유롭게 비트 정보를 전송할 수 있다.

　

4) 패켓 계층

OSI 참조모델의 네트워크 계층 프로토콜에는 여러가지가 있지만, 이중에서 가장 널리 사용되는 접속형 네트워크 계층 프로토콜의 대표적인 것이 X.25 권고안의 패켓계층 프로토콜이다. 페켓계층 프로토콜은 패켓형 단말기 간에 패켓교환망을 통하여 상호통신을 할수 있도록 호출설정 및 해제, 에러제어, 순서제어, 흐름제어 및 데이타 전송제어의 기능을 수행한다.

호출성립이후 양측의 단말기는 회선교환망의 경우처럼 물리적인 경로를 단독 사용할 수 없지만 논리적인 통신 경로를 호출해제시까지 유지하는 데 이 논리적인 통신경로를 가상 회선이라고 한다.

♥ 필자: 쌍용정보통신 통신사업팀 이용훈

(C) 1997-8 Ssangyong Information&Communications Corp.
Network Online [ netonline.sicc.co.kr ]