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회선 교환 및 패킷 교환

SBP 2025. 4. 20. 18:24

네트워크에서 데이터를 출발지에서 목적지까지 전달하기 위해 중간 노드(교환기, 라우터 등)를 거치게 되는데, 이때 데이터를 어떤 방식으로 처리하고 경로를 설정하는지를 교환 방식(Switching Method)이라고 합니다.

  1. 회선 교환 방식 (Circuit Switching)
  • 개념: 데이터 전송을 시작하기 전에 출발지와 목적지 사이에 물리적이거나 논리적인 전용 통신 회선(경로)을 미리 설정하고, 통신이 끝날 때까지 이 회선을 독점하여 사용합니다. 데이터가 전송되는 동안 이 회선은 다른 통신에 사용될 수 없습니다.
  • 과정:
    • 회선 설정 (Circuit Setup): 통신 경로를 예약하고 설정합니다.
    • 데이터 전송 (Data Transfer): 설정된 전용 회선을 통해 데이터를 전송합니다.
    • 회선 해제 (Circuit Tear Down): 통신이 끝나면 설정된 회선을 해제합니다.
  • 특징:
    • 장점: 한 번 설정되면 통신 중 지연(Latency)이 거의 없고 대역폭이 고정되어 있어 실시간 통신(음성, 영상)에 매우 유리하고 안정적입니다. 데이터가 순서대로 도착합니다.
    • 단점: 회선 설정 시간이 필요합니다. 회선이 설정된 후에는 통신량이 적더라도 해당 회선을 다른 통신이 사용할 수 없어 비효율적일 수 있습니다. 회선 장애 시 우회가 어렵습니다.
  • 예시: 과거의 PSTN(공중 전화 교환망).
  1. 메시지 교환 방식 (Message Switching)
  • 개념: 데이터를 통신 가능한 가장 큰 단위인 메시지 전체로 전송합니다. 중간 노드는 메시지 전체를 받아 자신의 저장 공간에 저장한 후, 다음 노드로 전달하는 저장-전달(Store-and-Forward) 방식을 사용합니다.
  • 특징:
    • 장점: 회선을 여러 사용자가 공유하므로 회선 이용 효율이 회선 교환보다 높습니다. 트래픽이 몰릴 때 메시지를 저장했다가 회선 여유가 생기면 전송하여 혼잡을 피할 수 있습니다.
    • 단점: 메시지 전체를 저장할 수 있는 충분한 메모리 공간이 각 노드에 필요합니다. 메시지가 클수록 전송 지연이 커집니다. 회선 교환처럼 실시간 통신에는 부적합합니다.
  • 예시: 과거의 전보 시스템, 일부 초기 데이터 통신 네트워크. (현재는 거의 사용되지 않는 방식입니다.)
  1. 패킷 교환 방식 (Packet Switching)
  • 개념: 메시지 교환 방식의 단점(큰 메시지 지연, 대용량 저장 공간 필요)을 개선한 방식입니다. 데이터를 패킷(Packet)이라는 작고 일정한 크기의 단위로 나누어 전송합니다. 각 패킷은 독립적으로 경로를 찾아 이동하며, 여러 패킷이 동일한 통신 회선을 공유할 수 있습니다. 현재 대부분의 데이터 통신 네트워크에서 사용하는 방식입니다.
  • 특징:
    • 장점: 회선 이용 효율이 매우 높습니다. 네트워크 자원을 여러 사용자가 공유합니다. 일부 경로에 장애가 발생해도 다른 경로로 우회하여 통신 지속이 가능합니다 (강인성). 메시지 교환보다 전송 지연이 적습니다.
    • 단점: 패킷마다 경로 정보(헤더)가 추가되어 오버헤드가 발생합니다. 패킷 전송 순서가 뒤바뀌거나 유실될 수 있어 수신 측에서 재조립 및 오류 제어 처리가 필요합니다.
  • 예시: 인터넷(Internet).
    패킷 교환 방식의 종류 (데이터 전달 방식에 따른 분류)
    패킷 교환 방식 내에서 통신 경로를 설정하고 관리하는 방식에 따라 다시 두 가지로 나뉩니다.
  • 3-1. 데이터그램 방식 (Datagram Switching)
    • 개념: 연결 설정 과정이 없습니다. 각 패킷(여기서는 데이터그램이라고도 불립니다)은 독립적으로 판단되어 전송됩니다. 각 패킷은 헤더에 출발지와 최종 목적지 주소 정보를 가지고 있으며, 중간 라우터들은 이 정보만을 보고 그때그때 최적의 경로로 패킷을 포워딩합니다. 패킷들이 서로 다른 경로로 이동하여 목적지에 도착할 수 있습니다.
    • 특징:
      • 장점: 네트워크 부하 분산에 유리하고 유연성이 높습니다. 일부 라우터 장애 시에도 다른 라우터로 우회하여 패킷 전송이 가능합니다 (강인성). 회선 설정 지연이 없습니다.
      • 단점: 패킷들이 서로 다른 경로로 이동할 수 있어 수신 순서가 뒤바뀔 수 있습니다. 패킷 유실이나 중복 발생 가능성이 있습니다. 신뢰성 있는 전송을 위해서는 상위 계층 프로토콜(예: TCP)의 역할이 중요합니다.
    • 예시: IP (Internet Protocol)가 사용하는 방식.
  • 3-2. 가상 회선 방식 (Virtual Circuit Switching)
    • 개념: 데이터 전송 전에 출발지와 목적지 사이에 논리적인 경로(가상 회선)를 미리 설정합니다 (회선 교환처럼 설정 단계 필요). 설정된 가상 회선 정보를 따라 모든 패킷이 동일한 경로로 순서대로 전송됩니다. 물리적 회선을 독점하는 것은 아니지만, 논리적인 연결 상태를 유지합니다.
    • 특징:
      • 장점: 패킷이 설정된 경로를 따라 순서대로 도착하여 수신 측에서의 재조립이 용이합니다. 연결 설정 시 대역폭 및 자원 예약이 가능하여 실시간 통신에 유리할 수 있습니다. 데이터그램 방식보다 신뢰성이 높습니다.
      • 단점: 연결 설정 시간이 필요합니다. 가상 회선 경로 상의 중간 노드(라우터)에 장애 발생 시 해당 가상 회선을 사용하는 모든 통신에 영향이 있습니다 (데이터그램 방식보다 우회 유연성은 떨어짐).
    • 예시: X.25, Frame Relay, MPLS (Multi-Protocol Label Switching).

요약하자면, 회선 교환은 전용 회선을 예약/독점하여 사용하고, 메시지 교환은 메시지 전체를 저장/전달하며, 패킷 교환은 데이터를 패킷으로 나누어 공유 회선으로 전달하는 방식입니다.

패킷 교환은 다시 각 패킷이 독립적으로 가는 데이터그램 방식과 논리적인 경로를 설정하여 가는 가상 회선 방식으로 나뉩니다.

현재 인터넷은 주로 패킷 교환 방식(그 중에서도 데이터그램 방식인 IP 기반)을 사용하고 있습니다.