[Data Communication] Switching, 회선 교환과 패킷 교환

여러 대의 컴퓨터를 잇다보면 교차점 (Intersection) 이 생길 수 있습니다. 즉 A 컴퓨터에서 E 컴퓨터로 데이터를 전송하려 할 때 그 사이에 있는 B,C,D 컴퓨터 중 어떤 컴퓨터를 거치느냐에 따라 E 로 가는 Route 가 다릅니다.

 

이렇게 교차로에서 메세지를 교환하는 기술을 Switching 이라고합니다. 이번 포스팅에서는 스위칭에 대해 알아보겠습니다.

 

회선 교환 (Circuit Switching)

전화의 경우 Circuit Switching 방식을 사용합니다. 회선 교환 방식의 특징은 다음과 같습니다.

• 통신 시작 전에 연결 설정 필수
• 통신 종료 이후 연결 해지 필수

예전에는 위의 그림과 같은 Circuit Switch 를 사용했다고합니다. 즉, A 라는 전화기에서 E 라는 전화기로 연결할 때 하나의 특정한 길을 설정해주어야합니다. 즉, A 에서 B 로 가는 Route 가 정해지고 연결이 보장되어 A 와 B 가 그 Route 를 통해서 데이터를 계속 주고 받을 수 있습니다.

 

A에서 B 로 가는 Route 가 정해지고 연결이 보장되므로, A 와 B 가 이 Route 를 이용하고 있는 동안 다른 전화들은 이 Route 를 사용할 수 없습니다. 이전 포스팅에서 전화의 Multiplexing 에 대해 다룰 때 다음의 문제가 있었습니다.

 

위의 문제 상황에서는 1개의 휴대폰 기지국에 최대 연결 가능한 단말기의 수가 790 대였습니다. 즉 790 대가 넘어가는 순간 Circuit, Route 이 정해지지 않고 따라서 연결이 보장되지 않으므로 전화가 불가능합니다.

 

패킷 교환은 End To End 로 가는 길이 확실하게 정해져야하는 회선 교환 방식과는 다릅니다.

 

패킷 교환 (Packet Switching)

컴퓨터에서 컴퓨터로 데이터 전송을 할 때는 패킷 교환 방식을 사용합니다. 패킷 교환 방식의 특징은 다음과 같습니다.

• 데이터의 전송 경로가 정해져있지 않다.
• 데이터의 전송이 패킷 단위로 이루어진다.

패킷이라는 말이 언제 나왔는지 기억하시나요? OSI 7 Layer 를 설명할 때 L3 (Network, IP) 계층에서 데이터의 단위가 packet 이었습니다.

 

A 컴퓨터에서 B 컴퓨터로 데이터를 보낼 때 이 데이터는 패킷 단위로 쪼개지고 이 패킷들이 네트워크를 통해서 전달됩니다. 이 때 회선 교환 방식과는 달리 데이터가 전송되는 Route 가 고정되어 있지 않습니다. (데이터 그램 방식)

가상 회선 방식을 사용하면 패킷 교환에서도 A to B 의 Route 를 설정하고 Route 를 따라서 패킷을 전송할 수 있습니다. 이 때 회선 교환과의 차이점은 일정한 데이터 전송률을 보장하지 않는다는 것입니다. 즉, 패킷이 특정 Router 에 저장되었다가 전송되는 경우가 있습니다.

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8C%A8%ED%82%B7_%EA%B5%90%ED%99%98

 

위에 나타난 node 들이 패킷 교환망에서 Switch 를 해주는 Router 들인데 이런 Router 들은 메모리에 패킷을 들어오는 순서대로 Queue 로 저장하여 목적지 주소를 찾아 데이터를 전송합니다. 이 때, 지연시간 중 대기지연시간(큐잉) 이 발생합니다.

 

회선교환 방식과 패킷 교환 방식을 비교하면 다음과 같습니다.

• 패킷 교환 방식은 회선 교환 방식보다 자원을 보다 효율적으로 이용한다.
• 회선 교환 방식은 서비스의 품질을 보장한다. Route 가 정해지고, 연결이 보장되기 때문 (다른 연결이 들어올 수 없다.)
• 회선 교환 방식은 예측 가능한 지연시간을 보장한다.
• 회선 교환 방식은 항상 연결을 만들어야 한다.