23. 회선교환(Circuit Switching) 방식
가. 데이터 교환방식의 분류
통신 네트워크에서 송신측의 데이터가 여러 개의 중간 노드 즉, 교환기를 거쳐 수신
측에 전달되기 위해서는 데이터 교환방식이 필요하며, 이들은 회선교환(circuit
switching) 방식과 축적교환(store-and-forward switching) 방식으로 대별된다. 여
기서 축적교환 방식은 수신한 정보를 각 노드의 기억장치에 축적했다가 중계 경로를 선
택한 후 전달하는 방법으로서, 정보의 전송단위에 따라 메시지교환(message
switching) 방식과 패킷교환(packet switching) 방식으로 다시 구분되고, 패킷교환 방
식은 데이터그램(datagram) 기법과 가상회선(VC : Virtual Circuit) 기법으로 나뉜다.
나. 회선교환방식
회선교환 방식은 [그림 2-21]과 같이 데이터를 전송하기 전에 송신측과 수신측 사
이에 하나의 물리적인 통신 경로가 설정되며, 설정된 경로는 통신이 종료될 때까지 독
점으로 유지된다. 따라서 목적지 단말은 통신 가능한 상태이어야 한다. 회선교환 방식
은 연결형 방식으로서,‘회선 설정 단계 → 데이터 전달 단계 → 회선 해제 단계’ 의 3
단계 절차로 이루어진다. 일반적인 디지털 정보에 적합하도록 개선한 시분할 회선교환
방식이 주로 사용되며, 전화교환시스템이 대표적인 예이다.
이 방식은 회선을 전용회선처럼 점대점 방식으로 사용하기 때문에 대량의 데이터
전송에 적합하고, 음성이나 동영상과 같이 연속적이면서 실시간 전송이 요구되는 통신
에 유리하며, 접속지연은 존재하지만 전송지연은 무시 가능하다. 또한 통신회선을 통
해 전달되는 정보는 다른 간섭을 받지 않으므로 정보의 형태, 부호, 전송제어 절차 등
에 제약이 없다. 그러나, 고정적인 대역폭을 사용하므로 전송 중에 속도 변환이 불가
능하고, 통신회선이 한 번 설정되면 데이터 전송이 없어도 회선이 독점되므로 비효율
적이며, 전송 중에 코드 변환이 어렵고, 교환망 내에서의 오류제어가 곤란하다.
2. 메시지교환(Message Switching) 방식
축적교환 방식을 이용하며, 정보의 전송단위를 송신측에서 보낼 전체 메시지 단위로 한
번에 전송하는 방식이므로, 전송 메시지의 길이가 가변적이다. 발신측 단말은 보내고자
하는 메시지의 헤더 부분에 목적지 주소를 부가해 교환노드로 전송하면, 교환노드에서는
이러한 메시지들을 들어오는 순서대로 기억장치에 저장한 후 순서에 따라 메시지를 다시
꺼내 헤더 부분에 있는 주소에 의해 다음의 교환노드에게 전송하는 방식으로 목적지를 향
한다. 이에 따라 메시지교환 방식에서의 교환노드는 일종의 대형 컴퓨터로 볼 수 있다.
메시지교환 방식은 [그림 2-22]와 같이 메시지 단위로 전송하므로 한꺼번에 많은 양
의 정보 전송이 요구되는 분야에 유리하지만, 메시지의 일시적인 저장을 위해 교환노드
에 대용량 기억장치를 구비해야 한다. 특히, 메시지 전달지연이 길어서 실시간 전송이
거의 불가능하므로 실시간 전송이나 대화형 데이터 서비스에는 부적합하다. 따라서
전송지연이 문제가 되지 않는 전자우편과 파일전송 등에 적합하다.
이 방식은 메시지의 축적 및 처리 기능을 이용하여 메시지의 방송과 동시 전송이 가능
하고, 속도와 코드가 상이한 다른 단말과의 통신이 가능하다. 하지만 통신회선 상에 메
시지 단위의 빈 시간이 있어야 전송 가능하므로 전송지연이 매우 크며, 실시간 또는 상
호 대화 형식의 메시지를 전송하는 경우에는 부적합하다.
3. 패킷교환(Packet Switching) 방식
가. 패킷교환 방식의 개요
패킷교환 방식은 회선교환 방식에서의 대역폭 낭비와 메시지교환 방식에서의 큰 전
송지연 등을 개선하여 전송효율을 향상시킨 축적교환 방식이다. 이를 위해 송신측은
전송할 메시지를 [그림 2-23]과 같이 패킷이라는 단위로 분할하고, 패킷 단위로 라우
팅에 필요한 주소 또는 순서번호 등의 헤더를 부가하여 전송하며, 수신측은 수신한 패
킷에서 헤더를 제거하고 원래의 메시지로 재조립한다. 즉, 메시지교환은 하나의 메시
지 단위로 전송하지만, 패킷교환은 메시지를 통신망에 적합한 크기를 갖는 복수개의
패킷으로 나누어 전송한다.
패킷교환 방식은 발신지(근원지)에서 목적지까지 고정된 물리적 링크를 설정하지
않고, 각 노드에서 목적지의 주소에 따라 최적의 경로를 선택하기 위한 라우팅 방법을
이용한다. 이 방식은 대역폭을 효율적으로 이용할 수 있으므로 데이터 교환방식에 적
합하며, 다수의 사용자가 동일한 통신회선에서 패킷다중화(packet multiplexing) 전
송이 가능하고, 빠른 응답이 요구되는 응용에도 사용할 수 있다. 그리고 패킷교환 방
식은 소프트웨어적으로 구현이 가능하고, 교환노드의 비용이 저렴하여 가장 많이 사용
되고 있다. 한편, 패킷교환 방식은 정보 전송을 시작할 때, 두 지점 사이의 링크 설정
에 대한 사전 실시 여부에 따라 데이터그램 방식과 가상회선 방식으로 구별된다.
나. 데이터그램(Datagram) 방식
데이터그램 방식은 [그림 2-24]와 같이 정보 전송을 행하기 전에 어떤 전송 경로도
사전에 설정되지 않고, 각 패킷마다 독자적인 전송 경로가 설정되어 목적지로 전달되는
방식으로서, 각각의 패킷은 송·수신 주소가 포함된 헤더를 덧붙여서 사용해야 한다.
즉, 이 방식은 사전에 전송로를 설정하지 않고 각 패킷마다 독립적인 라우팅을 하기 때
문에 비연결형 방식이며, 또한 수신측의 마지막 노드에서는 송신측에서 전송된 순서와
다르게 패킷이 도착될 수 있으므로 순서제어 기능이 별도로 필요하다. 데이터그램 방식
은 인터넷과 같은 비연결형 네트워크에서 데이터 전송을 효율적으로 처리하기 위해 적
합하며, 특히 호 설정 과정이 필요 없기 때문에 짧은 메시지 전송에 효율적이다.
이 방식은 통신 당사자 간에 물리적 및 논리적 전송로를 설정하지 않으므로 호 설정
지연이 없지만, 패킷마다 독립적인 라우팅을 행하므로 패킷 순서가 어긋날 수 있고 수
신측에서 순서제어 기능이 필요하다. 또한 교환 노드에서 각 패킷에 대한 경로를 결정
하므로 속도 및 코드 변환이 가능하고, 목적지 단말이 부재중이라도 통신이 가능하며,
교환노드에 고장이 발생되어도 대체 경로를 이용하여 전송할 수 있어 짧은 데이터 전
달에 효율적이다.
다. 가상회선(VC : Virtual Circuit) 방식
가상회선 방식은 [그림 2-25]와 같이 정보 전송을 시작할 때 우선 송·수신 주소를
포함하고 있는 제어 패킷을 이용하여 두 지점 사이에 논리적인 전송로를 사전에 설정
하고, 이후에는 각 패킷마다 송·수신 주소를 넣지 않고 그 논리적 전송로의 번호만으
로 전송을 행하는 방식이다. 이 방식은 송신측에서 전송할 메시지 단위로 임시적인 전
송로를 설정하는 연결형 방식이며, 이때 설정된 전송로는 회선교환 방식과 유사하지만 물리적인 회선이 아니므로 가상회선이라고 한다. 가상회선은 메시지 단위의 패킷 전송
이 완료되면 해제되며, 모든 패킷들이 동일한 경로를 거치기 때문에 패킷들이 목적지
에 순차적으로 도착하게 되어 신뢰성 있는 데이터 전달이 가능하다.
가상회선 방식은 논리적 전송로를 사용하므로 호 설정 지연이 발생하고, 모드 패킷
들이 동일한 전송로를 경유하므로 목적지에서 패킷이 순서대로 도착하며, 회선교환 방
식에 비해 통신망을 효율적으로 운영 가능하다. 또한 목적지 단말이 부재중이라도 통
신이 가능하며, 교환노드에서의 패킷 처리 시간, 즉 노드 지연이 데이터그램 방식보다
짧으며, 교환노드에서의 전송 속도 및 코드 변환이 가능하여 연속적이고 긴 데이터 전
달에 효과적으로 사용될 수 있다. 가상회선 방식의 대표적인 예로는 공중 데이터망에
사용되는 X.25 프로토콜이 있다.
라. 데이터 교환방식의 특징 비교
회선교환 방식은 데이터의 전송 여부에 관계없이 전송 경로가 설정되지만, 가상회
선 방식은 데이터가 전송될 때에만 전송 경로가 설정되고 전송이 끝나면 해제된다.
즉, 회선교환 방식에서의 전송 경로는 물리적인 회선이며, 경로 해제는 데이터의 전송
종료에 의해 이루어지는 것이 아니라 송신측 또는 수신측 중 어느 한 쪽에서 통신이
종료될 때 이루어진다.
한편, 가상회선 방식에서는 경로 선택을 데이터 전송 전에 한번만 수행하며, 데이터
그램 방식에서는 각 패킷마다 교환 노드가 경로를 선택한다. 그 결과, 교환 노드에서의
패킷 처리는 가상회선 방식이 데이터그램 방식보다 더 신속하다. 따라서 확정된 시간
내에 데이터를 전송하거나 많은 양의 데이터를 연속으로 보낼 경우에는 가상회선 방식
이 유리하며, 짧은 메시지의 일시적인 전송에는 데이터그램 방식이 적합하다. 또한 네
트워크 내에 어느 한 노드가 고장일 경우에는 데이터그램 방식인 경우 우회 경로가 가 능하므로, 신뢰성 면에서는 데이터그램 방식이 가상회선 방식보다 우수하다. 데이터교
환 방식의 기본동작과 특징을 상호 비교하면 각각 [그림 2-26] 및 <표 2-3>과 같다.
데이터교환 방식의 특징 비교
| 방식 | 회선 교환 | 메시지 교환 | 패킷교환 | |
| 항목 | 데이터그램 | 가상회선 | ||
| 전용전송로 | 전용전송로 필요 | 필요없음 | 필요없음 | 필요없음 |
| 전송형식 | 데이터 연속전송 | 메시지 전송 | 패킷전송 | 패킷전송 |
| 전송속도 | 빠름(대화가능) | 느림(대화 불가능) | 빠름(대화가능) | 빠름(대화가능) |
| 대역폭 사용 | 고정 대역폭 | 동적 대역폭 | 동적 대역폭 | 동적 대역폭 |
| 정보저장 | 저장 불가능 | 재생용 파일저장 | 재생용 파일저장 | 재생용 파일저장 |
| 경로설정 | 항상 동일경로 설정(물리채널) |
메시지마다 경로설정 |
패킷마다 경로설정 |
항상 동일경로 설정(논리채널) |
| 전송지연 | 불가능 | 가능 | 가능 | 가능 |
| 통신중 신호 | 통신중 신호송출 | 통신중 신호없음 | 무배달시 통보 | 연결거부시 통보 |
| 과부하 발생 | 호 설정중지, 전송지연 없음 |
메시지 지연증가 | 패킷지연 증가 | 호 설정지연, 패킷지연 증가 |
| 손실책임 | 사용자 | 회선망(메시지) | 회선망(각 패킷) | 회선망(각 패킷) |
| 속도 또는 코드변환 |
불가능 | 가능 | 가능 | 가능 |
| 오버헤드 | 호 설정 후 불필요 | 필요 | 필요 | 필요 |
| 응용분야 | 실시간 대화형에 응용가능 |
비실시간 비대화형 에 응용가능 |
실시간 대화형에 응용가능 |
실시간 대화형에 응용가능 |
'정보통신시스템' 카테고리의 다른 글
| 정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 25. 교환망의 통화품질과 번호방식 (0) | 2023.03.29 |
|---|---|
| 정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 24. 교환망의 구성과 경로선택 (0) | 2023.03.29 |
| 정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 22. 국제표준화 기구 (0) | 2023.03.28 |
| 정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 21. OSI 7계층 참조모델 (0) | 2023.03.27 |
| 정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 20. 데이터 전송제어 (0) | 2023.03.27 |
