[네트워크] 데이터 통신 매커니즘 - 패킷교환방식과 회선교환방식

March 20, 2023

네트워크의 여러 장비들을 거쳐 데이터 통신을 하는 방식에는 대표적으로 두 가지 매커니즘이 존재한다. 회선을 독점하여 사용하는 회선교환 방식과 데이터를 패킷으로 나누어 전송하는 패킷교환 방식이다.

Circuit Switching(회선 교환)

목적지까지의 통신 경로를 미리 확보해놓고 전용통로로 데이터를 전송하는 방식이다. 송신자의 모든 데이터가 동일한 경로로 전송되고 안정적인 통신을 할 수 있다.

장점
👉 대용량 + 고속 데이터 처리
👉 고정적인 대역폭 사용
👉 연속적인 데이터 처리에 용이 ex) 전화망

단점
👉 회선을 잡고 있으므로 대역폭이 낭비됨
👉 통신비용이 고가
👉 연결 설정 시 지연시간 존재 👉 중간회선에 문제 발생시 최선재할당 필요

회선 교환방식에서는 전송할 데이터의 양이 많거나 전송 대상이 많아진다면 문제가 발생한다.(대역폭이 한정적이기 때문에) 따라서 제한된 대역폭을 효율적으로 사용하기 위해 분할 방식이 필요하다.

SDM(Space Division Multiplexing)
공간 분할 방식. 물리적으로 회선을 분할하여 각 회선에 전용 경로를 할당하는 방식
TDM(Time Division Multiplexing)
대역폭을 시간 단위로 나누어 각 회선에 동일한 시간 단위를 할당하는 방식
FDM(Frequency Division Multiplexing)
여러 개의 신호를 하나의 매체를 통해 전송하기 위해 각 신호를 서로 다른 주파수 대역으로 변환하여 전송하는 기술(여러 개의 작은 주파수 대역으로 나누어 할당)

데이터를 패킷이라는 단위로 나누어 전송하고 라우터가 최적경로로 목적지까지 전달하는 방식이다. 패킷은 여러 경로를 이용하며 움직이며 각 노드에서는 전송속도 및 흐름 제어가 가능하다.

장점
👉 회선의 효율적이 사용(대역폭 독점X)
👉 에러와 장애에 강함
👉 인터넷 및 다양한 통신망에서 사용(전화에서도 사용가능)

단점
👉 경로 탐색과정 지연
👉 패킷 지연 및 라우터에서의 지연시간 존재

패킷 교환방식은 경로가 일정하게 정해져 있지 않고 라우터를 거치며 최적의 경로를 찾아간다. 이때 라우터를 거치면서 여러가지 지연 현상이 발생한다.

processing delay
- 라우터에서 패킷을 검사/확인(에러 체크, 목적지 체크)하는데 걸리는 시간
- 라우터의 성능에 따라 달라짐
queueing delay
- 라우터의 큐에 들어오고 나올때까지 기다리는 시간
- 라우터 큐의 저장공간이 차 더 이상 받을 수 없으면 패킷 loss
- 네트워크 혼잡도에 따라 달라짐
transmission delay
- 라우터를 빠져나갈때 패킷이 완전히 빠져나가는데 걸리는 시간
- 라우터의 outlink 대역폭에 따라 달라짐
propagation delay
- 실제 link를 타고 데이터가 전송될때 발생하는 시간
- 요즘같은 광통신에는 거의 없다고 볼 정도로 짧다.

위 4가지를 원인으로 패킷지연이 일어난다(합쳐서 nodal delay라고 부름)

패킷 교환망에서의 사용되는 전송 방식 중 하나이다. 패킷을 전송하기 전에 논리적인 회선을 설정하는 방식으로 회선 교환방식과 혼합한 방식이다.

전송 전 논리적인 회선을 연결하고 가상회선식별 번호 할당 및 네트워크 자원을 예약한다. 이후 데이터는 가상회선을 따라 데이터가 전송된다.