[데이터통신] 데이터 회선망

한국어

<h1 id="전용-회선">전용 회선</h1> <p>두 개 이상의 단말기가 점 대 점 방식으로 통신 회선이 항상 고정적으로 연결되어 있는 회선</p> <ul> <li>비경제적이지만 <strong>고속의 데이터 전송</strong>을 할 수 있고 <strong>전송 오류가 적은</strong> 방법</li> <li>전용 회선으로 연결된 단말기의 개수가 N개이면 통신 회선의 수는 $\frac{N(N-1)}{2}$개</li> </ul> <p><br /></p> <ul> <li>같은 회선만 사용할 수 있다</li> <li>경로 선택 기술이 필요 없다</li> <li>보안성이 좋다</li> </ul> <h1 id="교환-회선">교환 회선</h1> <p>송신측의 단말기에서 송신한 데이터를 교환기가 식별하여 수신측에 있는 해당 단말기에 전송하는 방식</p> <p>전용 회선에 비해 고속 전송과 전송 데이터의 품질은 보장할 수 없으나 통신 장치와 회선 비용을 줄일 수 있어 <code class="language-plaintext highlighter-rouge">경제적</code></p> <ul> <li>통신 범위가 넓다</li> <li>회선 사용 효율이 좋다</li> </ul> <h1 id="교환-기술의-성능-비교">교환 기술의 성능 비교</h1> <ul> <li> <p><strong>전파 지연 시간</strong>(Propagation Delay)<br /> 신호가 한 교환기에서 다음 교환기로 도달할 때까지 걸리는 시간</p> </li> <li> <p><strong>전송 시간</strong>(Transport)<br /> 데이터가 출발지로부터 목적지까지 도달할 때까지 걸리는 시간</p> </li> <li> <p><strong>노드 지연 시간</strong>(Node Delay)<br /> 축적 교환망에서 데이터가 다음 경로를 배정 받아 전달될 때까지 축적 교환기에 대기하는 시간</p> </li> <li> <p><strong>데이터 처리율</strong>(Data Processing Rate)<br /> 정해진 시간 동안에 데이터를 교환시키는 양의 비율</p> </li> </ul> <h1 id="데이터-교환-방식">데이터 교환 방식</h1> <h2 id="회선-교환-방식circuit-switching">회선 교환 방식(Circuit Switching)</h2> <p>경로가 확보되고 수신측에 응답이 있는 상태라면 교환 방식 중에 전파 지연이 가장 짧으며 실시간 통신이 가능한 방식</p> <p>하지만 데이터 전송 전에 경로를 확보하기 위해 긴 시간이 필요하므로 전체 시간으로 볼 때는 많은 시간이 소요된다</p> <ul> <li>제어 신호 종류 <ul> <li> <p><strong>관리 제어 신호</strong><br /> 상대편과 통화를 하기 위해 필요한 자원의 이용 가능성이 있는 지를 파악하여 알려준다</p> </li> <li> <p><strong>주소 제어 신호</strong><br /> 상대편의 전화번호를 식별하여 상대편과 통화할 수 있는 경로를 확보하는 작업을 수행</p> </li> <li> <p><strong>호 정보 제어 신호</strong><br /> 현재 호(링크 확립)의 상태 정보를 전화를 거는 사람에게 제공</p> </li> <li> <p><strong>감시 제어 신호</strong><br /> 망의 전체적인 운영/유지/오류 제어/고장 수리 등을 위해 사용되는 제어 신호</p> </li> </ul> </li> <li>기억 장치를 사용하지 않는다</li> <li>코드와 속도가 다른 단말기 간에는 통신이 불가능</li> <li>전체 경로가 미리 확보되어야 한다</li> <li>일정한 데이터 전송률을 제공하므로 동일한 전송 속도가 유지</li> <li>연결만 되면 실시간 통신이 가능</li> <li>연결되면 통신 회선은 공유되지 않고 일 대 일 방식으로 데이터를 송수신</li> <li>통신 회선이 독점되므로 비용이 고가</li> <li>고정 대역폭을 사용</li> </ul> <h3 id="공간-분할-교환-방식sds-space-division-switch">공간 분할 교환 방식(SDS: Space Division Switch)</h3> <p>두 단말기 간의 경로가 공간적으로 분할된 방식으로 두 단말기 사이에 신호를 전송하는 교환기가 필요하고 이 교환기를 거친 물리적인 경로가 설정되는 방식(교환기를 거치지만 1:1로 연결)</p> <ul> <li> <p>단일 단계 교환 방식(Single Stage Switch, 크로스 매트릭스 교환 방식)<br /> N개의 입력과 N개의 출력으로 구성되어 있으며 N X N의 교차점이 있는 교환기로 연결하는 방식</p> </li> <li> <p>다단계 교환 방식(Multi-Stage Switch, 3단계 교환기)<br /> 단일 단계 교환 방식의 단점을 보완한 방식으로 N개의 입력 선을 분할하여 교환기 수가 줄고 경제적인 교환을 가능하게 한다</p> </li> </ul> <h3 id="시간-분할-교환-방식tds-time-division-swtich">시간 분할 교환 방식(TDS: Time Division Swtich)</h3> <ul> <li> <p>TDM 버스 교환(TDM Bus Switch)<br /> 한 전송 회선을 <strong>시간으로 분할</strong>하여 다중 신호가 이 회선을 공유하는 방식.<br /> 주로 <strong>동기식 TDM 버스 교환</strong>을 사용</p> </li> <li> <p>시간 슬롯 상호 교환(TSI: Time Slot Interchange)<br /> 전 2중 동작을 위하여 한 쌍의 슬롯을 교환함으로써 시간 슬롯 또는 채널의 동기화된 TDM 열을 이룬다.<br /> 대부분 시간 분할 교환 방식이 채택하는 기술</p> </li> <li> <p>시간 다중화 교환(TMS: Time-Multiplex Switch)<br /> TSI 장치는 제한된 수의 접속만을 제공하는데 특히 액세스 속도가 고정되었을 때 TSI의 크기가 커지면 지연은 더욱 커지게 된다.<br /> 이러한 문제점을 해결하고 많은 양의 채널을 확보하기 위해 사용되는 방식</p> </li> </ul> <h2 id="축적-교환-방식store-and-forward-swtiching">축적 교환 방식(Store and Forward Swtiching)</h2> <p>회선 교환처럼 직접적으로 전기적인 연결은 없지만 일시적으로 저장 기능이 있어 네트워크의 흐름이나 변화에 충분히 대처할 수 있는 장점이 있다.</p> <p>또한, 통신 회선을 공동으로 사용할 수 있으므로 경제적인 통신이 가능</p> <ul> <li>전달되는 데이터가 축적 교환기에 <strong>일시적으로 저장</strong>되었다가 전달되기 때문에 저장 시에 데이터를 변환시킬 수 있다</li> <li>기종이 다른 어떠한 통신 장비와도 통신이 가능</li> <li>저장되기 때문에 전달 속도가 느린 문제점 존재</li> <li>호출자와 피 호출자가 동시에 운영 상태에 있지 않아도 된다</li> <li>데이터 전송량이 폭주하는 혼란을 피할 수 있다</li> <li>같은 내용의 메시지를 여러 곳에 전송할 수 있다(=통신 비용 저렴)</li> <li>데이터의 손실을 막기 위해 부가적인 내용(번호, 시간)을 추가할 수 있다</li> </ul> <h3 id="메시지-교환-방식message-switching-전문-교환">메시지 교환 방식(Message Switching, 전문 교환)</h3> <p>전체 데이터를 한 번에 전송한다. 그렇기에 빠른 응답을 요구하는 전송에는 부적합하며 전송되는 데이터는 전송 순서를 기다리는 동안 교환기의 임시 기억 장치에 기억되었다가 순서가 되면 차례로 전송</p> <ul> <li>교환 방식 중 전송 지연 시간이 가장 길다</li> <li>수신측이 준비가 안 된 경우에도 지연 후 전송이 가능</li> </ul> <h3 id="패킷-교환-방식packet-switching">패킷 교환 방식(Packet Switching)</h3> <p>빠른 응답 시간을 제공하고 통신 회선의 효율적인 사용을 위하여 전송할 전체 데이터를 일정한 크기로 나누어 전송(패킷)하는 방식</p> <ul> <li>패킷망에서 전달할 수 있는 패킷의 최대 크기는 1024비트나 2048비트로 제한을 두고 있다</li> <li>데이터 흐름이 많거나 교환기가 고장이 있어도 우회해서 전달될 수 있는 융통성이 존재</li> <li>전송에 실패한 패킷의 경우 재전송이 가능</li> <li>패킷 단위로 헤더를 추가하므로 패킷별 오버헤드가 발생</li> <li>실시간 전송은 이루어지지 않는다</li> <li>다수의 사용자 간에 비대칭적 데이터 전송을 원할하게 하기 위함</li> <li> <p>채널과 포트의 통계적 다중화 기능을 제공하기 위해서 사용</p> </li> <li>패킷 교환망의 주요 기능 <ul> <li> <p><strong>패킷 다중화</strong><br /> 패킷들이 여러 개의 경로를 공유할 수 있도록 한다</p> </li> <li> <p><strong>논리 채널</strong><br /> 컴퓨터나 교환기 간에 가상 회선 교환 채널이나 데이터그램 교환 채널을 설정</p> </li> <li> <p><strong>경로 선택 제어</strong><br /> 최적의 경로를 설정</p> </li> <li> <p><strong>순서 제어</strong><br /> 패킷이 서로 다른 경로를 통하면 패킷의 전송 순서와 다르게 도착할 수 있으므로 순서적으로 조립되도록 한다</p> </li> <li> <p><strong>트래픽 제어</strong><br /> 흐름 제어, 체증 제어, 교착상태 회피, 룩업 상태 해결 등을 지원</p> </li> <li> <p><strong>오류 제어</strong><br /> 패킷의 오류를 제거한다든지 패킷을 삭제한다</p> </li> </ul> </li> <li> <p>PAD(Packet Assembler/Disassembler)<br /> 패킷화할 수 없는 일반 컴퓨터는 패킷망에 접속할 수 있도록 메시지를 패킷화하는 기능을 갖도록 해야 한다. 이처럼 <strong>비패킷 단말기를 패킷화하는 시스템이나 프로그램</strong>을 <code class="language-plaintext highlighter-rouge">PAD</code>라고 한다</p> </li> <li>패킷망 기술의 표준(CCITT 규정) <ul> <li>X.28 : 문자형 비패킷 단말기와 PAD 간에 주고받는 명령과 응답에 대한 규정</li> <li>X.3 : PAD가 문자형 비단말기를 제어하기 위해 사용되는 변수들에 대한 규정</li> <li>X.25 : 패킷망에서 패킷형 단말기를 위한 DTE와 DCE 사이의 접속 규정</li> <li>X.29 : 패킷형 단말기와 문자형 비패킷 단말기의 통신 규정</li> <li>X.75 : 패킷망 상호 간의 접속을 위한 신호 방식 규정</li> </ul> </li> </ul> <p><img src="../../assets/images/network/data-communication/ccitt-packet-switching.png" alt="" title="CCITT 패킷 교환 표준" class="align-center" /></p> <ul> <li>X.25 프로토콜 패킷 교환 3단계 <ol> <li>호 설정(Call Setup) <ul> <li>호 요구(Request) : 호 설정 요청 신호를 보낸다</li> <li>호 연결(Connected) : 호 요청 신호를 받은 측에서 응답</li> </ul> </li> <li>데이터 전송(Data Transfer) <ul> <li>데이터 : 패킷의 순서 번호 순으로 송수신</li> <li>인터럽트 : 문제가 발생하면 인터럽트 패킷을 전달하여 문제점 해결</li> </ul> </li> <li>호 제거(Call Cleaning) <ul> <li>흐름 제어, 오류 제어 : 패킷이 정상 속도를 유지할 수 있도록 조절</li> <li>호 제거 요청(Request) : 호 설정 해제 신호를 보낸다</li> <li>호 제거 확인(Confirmation) : 호 설정 해제 신호를 받은 측에서 응답</li> </ul> </li> </ol> </li> </ul> <h4 id="데이터그램datagram-패킷-교환-방식">데이터그램(Datagram) 패킷 교환 방식</h4> <p>특정 경로의 <strong>설정 없이 전송</strong>되는 방식. 패킷의 독립성을 부여하여 중간 노드에 문제가 발생하여도 우회하여 목적지에 도착할 수 있는 방식</p> <p>목적지가 같은 패킷이라도 <strong>다른 전송로로 진행</strong>할 수 있어서 매우 <strong>융통성</strong> 있고 소수의 패킷을 전송하는 경우에 유리</p> <p>데이터그램 패킷은 언제든 <strong>순서가 뒤바뀔 수 있기</strong> 때문에 수신측에서는 순서적으로 <strong>재조립</strong>해야 한다</p> <ul> <li>경로를 확보하지 않는다 = 독립적</li> <li>호 설정, 초기 설정 불필요하며 목적지 주소를 각각 부여</li> <li>오류 발생 시 교환기에서 삭제</li> <li>미국식</li> </ul> <h4 id="가상-회선virtual-circuit-패킷-교환-방식">가상 회선(Virtual Circuit) 패킷 교환 방식</h4> <p>패킷을 전송하기 전에 미리 가상적인 경로를 확보(<strong>초기 설정 필요</strong>)하여 전송하는 방식. 삽입 흐름이나 오류 제어를 서브 넷에서 지원하기 때문에 데이터그램 방식보다 <strong>오류가 적다</strong>.</p> <p>또한, 패킷의 송신 순서와 <strong>수신 순서가 바뀌지 않기</strong> 때문에 데이터그램에 비해 복잡하지 않다</p> <ul> <li>경로를 확보하고 패킷을 전송한다 = 종속적</li> <li>호 설정, 초기 설정(목적지 주소 부여) 필요</li> <li>오류 발생 시 교환기에서 지원</li> <li>유럽식</li> </ul>

전용 회선

두 개 이상의 단말기가 점 대 점 방식으로 통신 회선이 항상 고정적으로 연결되어 있는 회선

• 비경제적이지만 고속의 데이터 전송을 할 수 있고 전송 오류가 적은 방법
• 전용 회선으로 연결된 단말기의 개수가 N개이면 통신 회선의 수는 $\frac{N(N-1)}{2}$개

• 같은 회선만 사용할 수 있다
• 경로 선택 기술이 필요 없다
• 보안성이 좋다

교환 회선

송신측의 단말기에서 송신한 데이터를 교환기가 식별하여 수신측에 있는 해당 단말기에 전송하는 방식

전용 회선에 비해 고속 전송과 전송 데이터의 품질은 보장할 수 없으나 통신 장치와 회선 비용을 줄일 수 있어 경제적

• 통신 범위가 넓다
• 회선 사용 효율이 좋다

교환 기술의 성능 비교

• 전파 지연 시간(Propagation Delay)
  신호가 한 교환기에서 다음 교환기로 도달할 때까지 걸리는 시간

• 전송 시간(Transport)
  데이터가 출발지로부터 목적지까지 도달할 때까지 걸리는 시간

• 노드 지연 시간(Node Delay)
  축적 교환망에서 데이터가 다음 경로를 배정 받아 전달될 때까지 축적 교환기에 대기하는 시간

• 데이터 처리율(Data Processing Rate)
  정해진 시간 동안에 데이터를 교환시키는 양의 비율

데이터 교환 방식

회선 교환 방식(Circuit Switching)

경로가 확보되고 수신측에 응답이 있는 상태라면 교환 방식 중에 전파 지연이 가장 짧으며 실시간 통신이 가능한 방식

하지만 데이터 전송 전에 경로를 확보하기 위해 긴 시간이 필요하므로 전체 시간으로 볼 때는 많은 시간이 소요된다

• 제어 신호 종류

  • 관리 제어 신호
    상대편과 통화를 하기 위해 필요한 자원의 이용 가능성이 있는 지를 파악하여 알려준다

  • 주소 제어 신호
    상대편의 전화번호를 식별하여 상대편과 통화할 수 있는 경로를 확보하는 작업을 수행

  • 호 정보 제어 신호
    현재 호(링크 확립)의 상태 정보를 전화를 거는 사람에게 제공

  • 감시 제어 신호
    망의 전체적인 운영/유지/오류 제어/고장 수리 등을 위해 사용되는 제어 신호

• 기억 장치를 사용하지 않는다
• 코드와 속도가 다른 단말기 간에는 통신이 불가능
• 전체 경로가 미리 확보되어야 한다
• 일정한 데이터 전송률을 제공하므로 동일한 전송 속도가 유지
• 연결만 되면 실시간 통신이 가능
• 연결되면 통신 회선은 공유되지 않고 일 대 일 방식으로 데이터를 송수신
• 통신 회선이 독점되므로 비용이 고가
• 고정 대역폭을 사용

공간 분할 교환 방식(SDS: Space Division Switch)

두 단말기 간의 경로가 공간적으로 분할된 방식으로 두 단말기 사이에 신호를 전송하는 교환기가 필요하고 이 교환기를 거친 물리적인 경로가 설정되는 방식(교환기를 거치지만 1:1로 연결)

• 단일 단계 교환 방식(Single Stage Switch, 크로스 매트릭스 교환 방식)
  N개의 입력과 N개의 출력으로 구성되어 있으며 N X N의 교차점이 있는 교환기로 연결하는 방식

• 다단계 교환 방식(Multi-Stage Switch, 3단계 교환기)
  단일 단계 교환 방식의 단점을 보완한 방식으로 N개의 입력 선을 분할하여 교환기 수가 줄고 경제적인 교환을 가능하게 한다

시간 분할 교환 방식(TDS: Time Division Swtich)

• TDM 버스 교환(TDM Bus Switch)
  한 전송 회선을 시간으로 분할하여 다중 신호가 이 회선을 공유하는 방식.
  주로 동기식 TDM 버스 교환을 사용

• 시간 슬롯 상호 교환(TSI: Time Slot Interchange)
  전 2중 동작을 위하여 한 쌍의 슬롯을 교환함으로써 시간 슬롯 또는 채널의 동기화된 TDM 열을 이룬다.
  대부분 시간 분할 교환 방식이 채택하는 기술

• 시간 다중화 교환(TMS: Time-Multiplex Switch)
  TSI 장치는 제한된 수의 접속만을 제공하는데 특히 액세스 속도가 고정되었을 때 TSI의 크기가 커지면 지연은 더욱 커지게 된다.
  이러한 문제점을 해결하고 많은 양의 채널을 확보하기 위해 사용되는 방식

축적 교환 방식(Store and Forward Swtiching)

회선 교환처럼 직접적으로 전기적인 연결은 없지만 일시적으로 저장 기능이 있어 네트워크의 흐름이나 변화에 충분히 대처할 수 있는 장점이 있다.

또한, 통신 회선을 공동으로 사용할 수 있으므로 경제적인 통신이 가능

• 전달되는 데이터가 축적 교환기에 일시적으로 저장되었다가 전달되기 때문에 저장 시에 데이터를 변환시킬 수 있다
• 기종이 다른 어떠한 통신 장비와도 통신이 가능
• 저장되기 때문에 전달 속도가 느린 문제점 존재
• 호출자와 피 호출자가 동시에 운영 상태에 있지 않아도 된다
• 데이터 전송량이 폭주하는 혼란을 피할 수 있다
• 같은 내용의 메시지를 여러 곳에 전송할 수 있다(=통신 비용 저렴)
• 데이터의 손실을 막기 위해 부가적인 내용(번호, 시간)을 추가할 수 있다

메시지 교환 방식(Message Switching, 전문 교환)

전체 데이터를 한 번에 전송한다. 그렇기에 빠른 응답을 요구하는 전송에는 부적합하며 전송되는 데이터는 전송 순서를 기다리는 동안 교환기의 임시 기억 장치에 기억되었다가 순서가 되면 차례로 전송

• 교환 방식 중 전송 지연 시간이 가장 길다
• 수신측이 준비가 안 된 경우에도 지연 후 전송이 가능

패킷 교환 방식(Packet Switching)

빠른 응답 시간을 제공하고 통신 회선의 효율적인 사용을 위하여 전송할 전체 데이터를 일정한 크기로 나누어 전송(패킷)하는 방식

• 패킷망에서 전달할 수 있는 패킷의 최대 크기는 1024비트나 2048비트로 제한을 두고 있다
• 데이터 흐름이 많거나 교환기가 고장이 있어도 우회해서 전달될 수 있는 융통성이 존재
• 전송에 실패한 패킷의 경우 재전송이 가능
• 패킷 단위로 헤더를 추가하므로 패킷별 오버헤드가 발생
• 실시간 전송은 이루어지지 않는다
• 다수의 사용자 간에 비대칭적 데이터 전송을 원할하게 하기 위함

• 채널과 포트의 통계적 다중화 기능을 제공하기 위해서 사용

• 패킷 교환망의 주요 기능

  • 패킷 다중화
    패킷들이 여러 개의 경로를 공유할 수 있도록 한다

  • 논리 채널
    컴퓨터나 교환기 간에 가상 회선 교환 채널이나 데이터그램 교환 채널을 설정

  • 경로 선택 제어
    최적의 경로를 설정

  • 순서 제어
    패킷이 서로 다른 경로를 통하면 패킷의 전송 순서와 다르게 도착할 수 있으므로 순서적으로 조립되도록 한다

  • 트래픽 제어
    흐름 제어, 체증 제어, 교착상태 회피, 룩업 상태 해결 등을 지원

  • 오류 제어
    패킷의 오류를 제거한다든지 패킷을 삭제한다

• PAD(Packet Assembler/Disassembler)
  패킷화할 수 없는 일반 컴퓨터는 패킷망에 접속할 수 있도록 메시지를 패킷화하는 기능을 갖도록 해야 한다. 이처럼 비패킷 단말기를 패킷화하는 시스템이나 프로그램을 PAD라고 한다

• 패킷망 기술의 표준(CCITT 규정)
  • X.28 : 문자형 비패킷 단말기와 PAD 간에 주고받는 명령과 응답에 대한 규정
  • X.3 : PAD가 문자형 비단말기를 제어하기 위해 사용되는 변수들에 대한 규정
  • X.25 : 패킷망에서 패킷형 단말기를 위한 DTE와 DCE 사이의 접속 규정
  • X.29 : 패킷형 단말기와 문자형 비패킷 단말기의 통신 규정
  • X.75 : 패킷망 상호 간의 접속을 위한 신호 방식 규정

• X.25 프로토콜 패킷 교환 3단계
  1. 호 설정(Call Setup)
     • 호 요구(Request) : 호 설정 요청 신호를 보낸다
     • 호 연결(Connected) : 호 요청 신호를 받은 측에서 응답
  2. 데이터 전송(Data Transfer)
     • 데이터 : 패킷의 순서 번호 순으로 송수신
     • 인터럽트 : 문제가 발생하면 인터럽트 패킷을 전달하여 문제점 해결
  3. 호 제거(Call Cleaning)
     • 흐름 제어, 오류 제어 : 패킷이 정상 속도를 유지할 수 있도록 조절
     • 호 제거 요청(Request) : 호 설정 해제 신호를 보낸다
     • 호 제거 확인(Confirmation) : 호 설정 해제 신호를 받은 측에서 응답

데이터그램(Datagram) 패킷 교환 방식

특정 경로의 설정 없이 전송되는 방식. 패킷의 독립성을 부여하여 중간 노드에 문제가 발생하여도 우회하여 목적지에 도착할 수 있는 방식

목적지가 같은 패킷이라도 다른 전송로로 진행할 수 있어서 매우 융통성 있고 소수의 패킷을 전송하는 경우에 유리

데이터그램 패킷은 언제든 순서가 뒤바뀔 수 있기 때문에 수신측에서는 순서적으로 재조립해야 한다

• 경로를 확보하지 않는다 = 독립적
• 호 설정, 초기 설정 불필요하며 목적지 주소를 각각 부여
• 오류 발생 시 교환기에서 삭제
• 미국식

가상 회선(Virtual Circuit) 패킷 교환 방식

패킷을 전송하기 전에 미리 가상적인 경로를 확보(초기 설정 필요)하여 전송하는 방식. 삽입 흐름이나 오류 제어를 서브 넷에서 지원하기 때문에 데이터그램 방식보다 오류가 적다.

또한, 패킷의 송신 순서와 수신 순서가 바뀌지 않기 때문에 데이터그램에 비해 복잡하지 않다

• 경로를 확보하고 패킷을 전송한다 = 종속적
• 호 설정, 초기 설정(목적지 주소 부여) 필요
• 오류 발생 시 교환기에서 지원
• 유럽식