제 7 장 데이터 통신망 교환기술

7.1 기본 개념

7.1.1 통신망 개념 및 종류

(1)점대점(Point-to-Point)통신망

* 가장 간단한 형태의 통신망으로, 각 스

테이션들을 직접 서로 연결하는 방식

이 다 [ 그림 7.1].

* 문제점

# 거리가 멀면 전송비용이 매우 올라간        다.

# 여러 장치들을 연결시, 각 장치마다

여러개의 다른 장치들을 연결해야 한

다.

# 완전연결(Full connection) 또는 그물         망(Mesh) 구성(Topology)에 따른 문         제 점이 존재한다.

* N개의 장치연결시, 각 노드망 N(N-1)/2 개의 전용링크가 요구된다.

* 그러므로, 장치를 추가할 때 마다, 시스템비용은 케이블 부설과 I/O하드웨어 측 면에서, 장치의 제곱으로 증가하며, 비현실적이다.

(2)교환통신망 (Switching Communication

Network)

* N개의 장치들의 연결시, 각 장치마다

한 개의 I/O포트만으로 연결이 가능한      통신망이다[그림7.2].

교환통신망은 테이터를 근원지에서 목적지로 전송시 한 링크에서 다른 링크로 교환하는 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

ⅰ) 회선교환망 (Circuit Switching

Network)

ⅱ) 메시지교환망 (Message Switching

Network)

ⅲ) 패킷 교환망 (Packet Switching

Network)

* 특징

# 다른 교환노드만에 연결된 노드(7),    그리고 교환노드와 스테이션에 동시    에 연결된 노드(3)가 존재한다.[그림    7.3].

# 노드와 스테이션 간의 링크는 전용의 점대점 링크가 존재한다.

# 노드들의 망구성은 완전연결 또는 부분연결(Subnetwork)이 가능하다.

(3) 방송망(Broadcasting Nework)

* 일대 다수의 데이터 전송시 사용되는 망이다[그림7.4].

* 특징

# 중간 노드가 없다.

# 가장 간단한 형태는 한 송신측에서 다수의 수신측으로 동일한 데이터를 전 송하는 경우이다.

# 한 개의 I/O포트만이 필요하다.

7.1.2 데이터 통신회선

통신회선은 데이터 통신망을 사용되는 회선의 종류에 따라 분류하면 크게 전용회선과 교환회선으로 분류된다.

* [그림7.5]는 통신 회선에 따라 분류      한 것이다.

* 전용 회선

# 특정 상대방만 접속하는 방법으로, 전송 데이터량이 많은 경우에 적합한 회 선이다.

# 종류에는 회선에서 처리하는 신호의 특성에 따라 아날로그와 디지털회선으 로 분류된다.

* 교환회선

# 교환망을 통해 상대들을 자유로이 선택하고, 보다 넓은 범위의 데이터 통신 회선이다.

# 교환이란 필요에 따라 단말장치간의 통신로를 확보하여 통신망 전체의 효율 화를 달성하는 것이다.

* 교환방식이 종류

# 회선교환 방식 (Cricuit Switching)

# 축적교환방식

- 메시지 교환 방식

- 패킷 교환 방식

7.2 회선 교환방식(Circuit Switching)

* 송수신 장치간의 통신시 마다 고속 고품질의 통신경로를 설정하여 데이터를 교환하는 교환방식으로, 시분활 교환기술 또는 디지털 전송기술에 이용된다.

* 이 방식을 연결위주(Connection Oriented)의 통신 방식이라고 한다.

* 연결위주의 통신방식이란 데이터를 전송하기 전에 근원지와 목적지 간에 통신 경로가 먼저 설정되어야하는 통신 방시이다.

* [그림7.6]은 회선교환의 전형적인 예를 보여 준다.

[그림7.6]에서, 단말장치 A에서 D로 데이터 "123"을 전송하고, 단말장치 B에서C로 "ABC"를 전송하는 경우를 보이고 있다. 회선교환방식에는 각 단말장치에서 전송하려는 데이터(A에서 D로 "123",B에서 C로 "ABC")를 전송하기 전에 먼저 송신 단말장치에서 다이얼링을 하면 각 교환기는 우선 그 다이얼 번호를 이용하여 송수신측의 통신경로를 열어 준다(연결위주). 통신경로가 설정되면 비로소 데이터를 전송한다. 이것은 전화망에 사용되는 통신방식의 전형적인 예이다. 즉, 우리가 전화를 할 때, 상대와 통화를 하기전에 먼저 상대방과 연결하는 경우를 상상해 보자.

* 특징

# 비교적 길이가 길고 통신밀도가 높은 데이터통신에 유리하다.

# 디지털 팩스(fax) 등에 이용한다.

# 디지털 전송방식이므로 DSU를 사용한다.

# CCITT X.21 접속 규격을 사용한다.

* 제한요소

# 송수신측 모두 데이터 교환을 위해서 동시에 참여해야 한다.

# 각 장치의 자원들을 망에 대해서 전용되어야 한다.

7.2.2 축적 교환방식(Store and Forward 방식)

* 송신자이 데이터를 교환기가 수신하영 축적하였다가 이를 다시 적절한 경로를 통해 수신자에게 전달하는 교환방식이다.

* 이것은 비연결(Connection-less)방식을 이용한다.

* 비연결 방식이란 데이터 전송이전에 통신 경로를 확립할 필요 없이 데이터와 송신측의 주소를 함께 전송하는 방식이다.

* 전송데이터의 종류(크기)에 따라 메시지교환과 패킷교환방식이 있다.

(1) 메시지 교환방식(Message Switching)

* 교환기가 일단 호출자의 전체 메시지를 받았다가 이를 다시 적절한 경로를 통 해 수신자에게 전달하는 방식이다.

* 메시지(Message)란 전보(telegram), 전자우편, 컴퓨터 파일, 또는 질의응답 데 이터 등과 같이 특정 응용에서 사용하는 데이터의 논리적 단위이다.

* 원래, 전신 시스템에서 처럼 일방적인 단방향 통신에서의 메시지 전달이 주목 적이며, 빠른 응답을 요구하는 응용에는 부적합하다.

* 회선교환 대비 장점

# 전송로를 효율적으로 사용한다.

# 호출자와 피호출자가 동시에 운영 상태에 있지 않아도 된다. 즉, 피호출자가 고장 및 다른 상태에 있을 경우 교환기에서 저장한다.

# 데이터 전송량의 폭주시, 축적기능을 이용할 수 있다.

# 같은 내용의 데이터를 다수의 단말에 전송할 수 있는 방송기능으로 이용할 수 있다.

# 메시지의 전송날짜, 또는 시간 등을 추가하여 메시지의 분실을 방지할 수 있는 정보를 추가할 수   있다.

# 특성(속도 등)이 서로 다른 장치간에도 메시지교환이 가능하다.

(2) 패킷 교환방식

* 패킷(Packet)이란 데이터를 일정 크기로 분할하고, 각각에 송수신 주소를 부가 하여 만든 데이터 블록이다.

* 패킷형태의 데이터를 패킷교환기가 목적지 주소에 따라 적당한 통신경로를 선 택하여 전송하는 방식이다.

* [그림7.7]은 패킷교환방식의 원리를 보인 것이다.

[그림7.7]에서, 패킷 단말장치 A에서는 A,B,C패킷을, B에서는 1,2,3패킷을 전송하려고 한다. 이때, 각 교환기에는 각 단말장치로 부터 전송된 패킷들을 저장하기 위한 기억장소인 대기큐가 존재한다. 대기큐에 저장된 각 패킷들은 교환기의 현재 상태, 회선의 상태 및 이웃교환기의 상태 등에 따라 경로를 설정 받게 된다. 이때, 각 패킷들은 자신의 목적지를 위한 경로를 할당 받아 같은 이웃교환기로 함께 전송되지 않을 수도 있으며, 서로다른 경로로 전송될 수 있는 것이다. 이때, 각 교환기에서는 수신된 패킷의 목적지 주소를 분석하여 자국의 것이 아니면 별도의 회선을 선택하여 패킷을 중계하는 기능을 가진다. 이러한 이유 때문에, 동일 근원지에서 전송된 패킷들이 실제 목적지에 전송되고 나면 전송할때의 순서가 흐트러질 수 있는 것이다. 그러므로, 수신측 교환기는 이들 패킷들을 재 정렬하는 순서제어기능이 필요하게 된다.

* 패킷교환기의 기능

# 수신된 패킷의 저장기능(대기큐)

# 경로 설정(routing)기능

# (최종 목적지 교환기의)순서제어 기능

* 패킷교환방식에서 사용되는 경로설정 방법에는 다음과 같은 것이 있다.

# 고정 경로설정(Fixed routing)

- 근원지와 목적지간의 각 경로쌍에 대해서 전송경로가 미리 정해져 있는 경로설정 방법이다.

- 최소비용 경로배정 알고리즘(Shortist-path)이 적용될 수 있다.

# 랜덤 경로설정(Random routing)

- 수신된 패킷 경로를 제외하고 하나의 송신경로를 무작위로 설정하는 방식 이다.

- 이때, 모든 경로를 선택할 활률이 모두 같다면 , 라운드-로빈 (round-robin)방식을 간단히 이용할 수도 있을 것이다.

# 적응성 경로설정 (Adaptive routing)

- 인접교환기의 상태 및 패킷교환망의 상태 등에 따라 매번 전송경로를 선 택하는 방식이다.

- 가장 많이 사용되는 방식으로서 ARPANET 또는TYMNET에서 사용되고 있다.

* 순서제어 기능

# 송신된 패킷의 순서와 수신된 패킷의 순서가 같지 않을 수 있으므로 이를 재정렬하는 기능이다.

* 패킷 교환의 구성기기

# 패킷 교환기 : 패킷의 일시적저장, 경로설정 및 전송 등의 교환기능을 수행 한다.

# 패킷 단말장치 : 이용자의 송신데이타를 패킷화하고 교환기로 부터의 수신 패킷을 원래의 메시지로 복원하는 단말장치이다.

# 비패킷형 단말장치 : 패킷화 능력이 없는 단말장치로 비동기형 단말장치라 고도 한다.

# 패킷 다중화 장치 : 비 패킷형 단말장치가 패킷교환망에 접속 될 수 있도록 이용자 송신데이타의 패킷화 및 그 역기능을 수행한다. 즉, 패킷교환망에 비 패킷단말장치를 사용할 때 이용된다.

* 패킷(Packet)교환의 특징(장점)

# 고 신뢰성 : (경로선택, 전소여부판별 및 장애유무 등) 상황에 따라 교환기 및 회선 등의 장애가 발생하더라도 패킷의 우회 전송이 가능하므로 전송의 신뢰성을 보장한다.

# 고 품질 : 디지털 전송이므로, 인접교환기 간에 또는 단말기와 교환기간에 전송 오류 검사를 실시하여 오류발생시 재전송이 가능하다.

# 고 효율 : 다중화를 사용하므로, 전송로 사용효율이 좋다.

# 이기종 단말장치간 통신 : 전송속도, 전소제어절차가 다르더라도 교환망이 변환처리를 제공하므로 통신이 가능하다.

* 패킷(Packet)교환의 단점

# 경로에서의 각 교환기에서 다소의 지연이 요구된다.

# 이러한 지연은 가변적이다. 즉, 전송량이 증가함에 따라 지연이 더욱 심할 수 있다.

* 패킷교환방식에는 전송경로 설정시 처리되는 방식에 따라 가상회선(Virtual cercuit) 패킷교환방식과 데이터그램(Datagram)패킷교환방식으로 구분할 수 있다.

(가) 가상회선 패킷교환방식

* 패킷이 전송되기 전에 특수한 호(call)요청 패킷들을 이용하여 논리적(Logical) 접속을 먼저 확정하는 방식이다.

* 즉, 특정 근원지에서 목적지로 한 개 이상의 패킷을 전송할 때, 먼저 인접교환 기에게 호출요구(Call Request)를 보내어 목적지 교환기로의 접속을 요구하고, 목적지로 부터 이에 대한 응답으로 호출수신(Call Accept)패킷을 받으면, 논리 적 접속이 되었다고 하고, 근원지에서는 바로 패킷들을 전송한다.

* 이때 논리적 접속을 "가상회선(Virtual Cercuit)"라고도 한다.

* 전송시 각 패킷들은 가상회선 식별자(identifier)를 포함하며 이것으로 미리 확 립된 경로를 이용할 수 있다.

* 모든 패킷이 전송되면, 마지막으로 이미 확립된 접속을 끝내기 위해서 Clear Request 패킷을 이용한다.

* 회선 교환방식과의 차이점

# 회선교환과는 달리, 호수락 신호가 되돌아 올 때 각 교환기에서 지연이 발 생한다. 즉, 이것은 호요청 패킷들을 각 교환기에서 대기큐에 들어가 전송 전에 차례를 기다려야 하기 때문이다.

# 가상회선패킷교환방식은 가상회선 확립 후에도 여전히 각 패킷들은 교환기 에 일시적으로 저장된다.

# 회선교환은 망에서 일정한 데이터 전송율을 보장할 수 있으므로, 회선 교환 방식보다 빠를 수 없다.

* 비교적 긴 메시지의 전송시 더 효과적이다.

(나) 데이터그램 패킷교환방식

* 각 전송 패킷을 미리 정해진 경로 없이 독립적으로 처리하여 교환하는 방식이 다.

* 즉, 같은 목적지의 패킷들이라도 같은 경로를 거치지 않고, 서로 다른 경로를 통해서 목적지에 도달한다.

* 특징

# 호설정단계를 피할 수 있다.

# 망상의 한부분이 혼잡할 때 전송 패킷에 혼잡을 피하여 경로를 배정할 수 있으므로, 더욱 융통성있는 경로를 설정할 수 있다.

# 가상회선의 특정 교환기의 고장시 모든 패킷을 잃어버리는 가상회선 방식과 는 달리, 그 경로를 피해서 전소할 수 있으므로 더욱 신뢰할 수 있다.

* 짧은 메시지의 패킷들을 전송할 때 효과적이다.

7.3 교환방식의 비교

* [그림7.8]은 각 교환방식에 대한 사건의 순서를 시간의 흐름에 따라 보인 것이 다.

지연에 대한 용어정의 :

* 전파지연(propagation delay) : 신호가 한 노드에서 다른 노드로 도달하 는데 걸리는 시간(일반적으로 무시)

* 전송시간(Transmission Time) : 송신기가 한 데이터의 한 블록을 보내 는데 걸리는 시간이다.

* 노드지연(Node Delay) : 한 노드가 데이터를 교환할 때 필요한 처리를 수행하는데 걸리는 시간이다.

* 처리지연(Processing dealy) : 수신된 블록의 목적지 주소 인식 및 경 오설정시 걸리는 시간이다.

* [표 7.1]은 각 교환방식에 대한 13개 항목의 측면에서 비교된 것이다.

	회선교환 (circuit switching)	메시지교환 (message switching)	데이터그램 패킷교환 (datagram packet switching)	가상회선 패킷교환 (virtual-circuit packet switching)
1.전송로	전용 전송로	전용로가 없음	전용로가 없음	전용로가 없음
2.전송단위	데이터 연속 전송	데이터 연속 전송	패킷 전송	패킷 전송
3.대화형 (interactive)	대화식 사용이 가능할 정도로 빠름	대화식 사용으로는 너무 느림	대화식 사용이 가능할 정도로 빠름	대화식 사용이 가능할 정도로 빠름
4.전송 프레임 저장 유무	메시지는 저장되지 않음	메시지는 나중의 회복을 위해 파일로 저장됨	패킷은 배달될 때까지 저장될 수 있음	패킷은 배달될 때까지 저장될 수 있음
5.경로	전체의 전송을 위해 전송로가 설립	각 메시지마다 경로가 설립	각 패킷마다 경로가 설립	전체의 전송을 위해 경로가 설립
6.지연	호출설정지연 무시할 수 있을 정도의 전송지연	메시지 전송지연	패킷전송지연	호출설정지연패킷전송지연
7.busy신호여부	호출된 지국이 바쁘면 busy신호를 냄	busy신호 없음	패킷이 배달되지 않으면 송신자에게 통지됨	연결 거부시 송신자에게 통지됨
8.과부하에 따른 지연	과부하가 호출설정을 중단시킬수 있다. 따라서 전송지연은 없음	과부하가 메시지지연을 증가시킴	과부하가 패킷지연을 증가시킴	과부하가 호출설정을 중단시킬수 있다. 따라서 패킷 지연을 증가시킴
9.각 교환 (network)노드	전자기계식 혹은 컴퓨터화된 교환노드	파일저장 기능을 가진 메시지 교환센터	소규모 교환 노드	소규모 교환 노드
10.메시지 분실확인	사용자가 메시지 분실방지에 대한 책임을 짐	네트워크가 메시지를 책임짐	네트워크가 각 패킷에 대한 책임짐	네트워크가 각 패킷에 대한 책임짐
11.변환	보통 속도변환, 코드 변환이 없음	속도와 코드 변환이 있음	속도와 코드 변환이 있음	속도와 코드 변환이 있음
12.대역폭	고정된 대역폭	대역폭의 동적 사용	대역폭의 동적 사용	대역폭의 동적 사용
13.오버헤드비트	호출설정 후에는 오버헤드 비트가 없음	각 메시지마다 오버헤드 비트가 있음	각 패킷마다 오버헤드 비트가 있음	각 패킷마다 오버헤드 비트가 있음