[네트워크] 네트워크 기초(2) - 패킷 교환 방식 vs 회선 교환 방식 쉽게 이해하기

앞선 포스팅에서 기본적인 네트워크의 의미와 구조를 배우며, 범위에 따라 네트워크를 분류했다(lan, wan).

 

이번에는 메시지 교환 방식에 따라 네트워크를 분류해보겠다. 

 

호스트들은 네트워크를 통해 어떤 방식으로 메시지를 주고받을까? (호스트의 의미를 모르겠다면, 이전 포스팅을 참고하자)

네트워크로 메시지를 주고받는 방식은 대표적으로 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식으로 나눌 수 있다. 각 방식을 사용하는 네트워크를 각각 회선 교환 네트워크, 패킷 교환 네트워크라고 한다. 

 

회선 교환 방식

회선 교환 방식은 1. 메시지 전송로인 회선(circuit)을 설정 2. 그 회선은 한 트랜잭션의 정보 전달만을 위한 전용통신로가 됨(독점) 이를 통해 메시지를 주고받는 방식이다.

즉, 회선(전송로)를 먼저 확보하고 그 전송로를 통해서만 메시지를 주고받는 방식이라 할 수 있다. 

 

회선 교환 방식의 대표적인 사례가 바로 전화망이다. 

누군가에게 전화를 걸면, 수신자가 전화를 받기 전에 1. 송신자와 수신자 사이에 연결이 설정 2. 한 번 연결이 설정되면 연결된 전송로를 통해서만 통화가 가능하기 때문이다. 

 

예를 들어, 다음 그림과 같은 회선 교환 네트워크망이 있다고 하자. 

A와 B가 통신하려고 한다면, 

그림과 같이 A와 B가 메시지를 주고 받기 전에 A,B 사이에 전용 회선(붉은색)을 먼저 설정해야 이 경로로 메시지를 주고 받을 수 있다. 

 

A와 C가 통신하는 경우에도 마찬가지로 전용 회선을 먼저 설정한 후 메시지를 주고받는다. 

 

참고로, 위 그림 속 가운데 노드에 위치한 네트워크 장비는 회선 스위치라고 부른다. 네트워크가 올바르게 동작하기 위해 호스트 간의 회선을 적절하게 설정하는 역할을 수행하는 네트워크 장비이다. 호스트 사이에 일대일 전송로를 확보하는 녀석이라고 생각하면 된다. 실제론 아래와 같이 생겼다.

시스코  Catalyst 4948 스위치

 

 

회선 교환 방식은 우선 두 호스트 사이에 연결을 확보한 후에 메시지를 주고받는 특성 덕분에 주어진 시간 동안 전송되는 정보의 양이 비교적 일정하다는 장점이 있다.  또한, 통신로를 유지하는 것만으로도 정보의 전송이 가능하기 떄문에 대용량 + 고속 데이터 통신에 적합하다. 시간 지연이 없고, 즉시성이 뛰어나다는 것 또한 장점이다. (실시간 전화통화를 생각해보자)

 

회선 교환 방식에는 한 가지 문제점이 있는데, 회선의 이용효율 떨어진 다는 것이다. 가능한 모든 회선에 끊임없이 메시지가 흐르고 있어야만 회선의 이용 효율이 높아진다. 즉, 메시지를 주고받지 않으면서 회선을 점유하는 것은 낭비라고 볼 수 있다.

 

 

예를 들어 위 그림처럼, 호스트 A,B,C,D 가 각각 회선 스위치와 연결 되어 있고 A,B의 회선이 설정되어있다 하자.

A와 B 사이에는 전용로가 설정되어 있으니 당장이라도 메시지를 주고받을 수 있다. 하지만, A,B가 연결만 된 채 메시지를 주고받지 않는다면, 회선 점유 낭비가 될 수 있다.

C가 A에게, D가 B에게 메시지를 보내고 싶어도 보낼 수가 없기 때문이다. 이들은 물리적인 연결은 있지만, 실제로 데이터를 전송할 수 있는 상태가 아니다. 한 번 설정된 경로는 다른 통신이 사용할 수 없기 때문에, 전용로가 아닌 상황에서 C와 A, 혹은 D와 B 사이에 경로를 따로 설정하지 않으면 통신이 불가능하다는 것이다. 

 

회선 교환 방식 특징

• 통신 방법 :
  1. 회선 설정: 데이터를 전송하기 전에 통신할 두 단말장치 간에 먼저 전용 회선을 설정
  2. 데이터 전송: 회선이 설정된 후, 이 전용 회선을 통해 데이터를 연속적으로 전송
  3. 회선 단절: 일정 시간이 지나면, 두 단말장치 중 하나에 의해 회선이 단절되고, 통신 종료
• 통신 경로의 설정 필요 : 통신할 때마다 매번 새로운 경로를 설정해야 하므로, 회선 설정 과정이 필요. 하지만 설정 후에는 전송 제어 절차나 데이터 형식에 제약을 받지 않음. 
• 회선 독점 사용 : 한 번 설정된 회선은 단절될 때까지 두 단말장치가 독점적으로 사용. 이 때문에 회선이 사용 중일 때 다른 단말장치들은 해당 회선을 사용할 수 없음. 
• 낮은 회선 이용 효율 : 데이터를 전송하지 않는 시간에도 회선은 다른 단말장치들이 사용할 수 없기 때문에, 회선 이용률이 낮음 
• 안정적인 연결 : 설정된 회선은 독점적으로 사용되므로, 네트워크의 다른 트래픽 상태에 상관없이 안정적으로 데이터를 전송할 수 있음. 즉, 주변 트래픽이 많아도 회선이 끊기거나 장애가 발생하지 않음.

회선 교환 방식은 데이터를 전송하는 동안 안정성과 신뢰성을 보장하지만, 회선의 효율적인 사용 면에서는 불리할 수 있다.

 

 

패킷 교환 방식

패킷 교환 방식은 회선 교환 방식의 단점을 해결한 방식으로 현재 가장 많은 사람들이 사용하는 통신 방식이다.

패킷 교환은 회선교환과 다르게 전용 경로의 개념이 없다.

이 방식은 메시지를 패킷이라는 작은 단위로 쪼개어 전송한다. 데이터를 전송하는 동안만 네트워크 자원을 사용한다. 

패킷 교환 방식

 

패킷은 패킷 교환 네트워크상에서 송수신되는 메시지의 단위인데, 택배에 비유하면 알기 쉽다.

패킷은 페이로드와 헤더로 구성되고, 때론 트레일러도 포함된다.

패킷 : 메시지의 단위 / 택배 상자
페이로드 : 패킷을 통해 전송하고자 하는 데이터 / 택배 상자에 넣을 내용물
헤더&트레일러 : 패킷에 붙는 부가 정보(제어 정보) / 택배 상자에 붙이는 송장(송수신지 주소, 송신자, 수신자 등 부가정보)

 

헤더&트레일러를 통해 패킷은 모든 노드들 사이에 개별적으로 경로가 제어된다. 

출처 : Oddbodz

 

패킷 교환 방식은 사전에 설정된 경로만으로 통신하는 회선 교환 방식과는 달리, 정해진 경로만으로 메시지를 송수신하지 않습니다.

이 과정에서 메시지는 다양한 중간 노드를 거칠 수 있는데, 이때 중간 노드인 패킷 스위치는 패킷이 수신지까지 올바르게 도달할 수 있도록 최적의 경로를 결정하거나 패킷의 송수신지를 식별한다. 대표적인 패킷 스위치 네트워크 장비로는 라우터 router와 스위치 switch가 있다. 

 

패킷 교환 방식에는 관련된 패킷이라도 따로 전송하는 데이터그램 방식과 관련된 패킷을 전부 같은 경로를 통해 전송하는 가상 회선 방식이 있다. 이에 대한 자세한 내용은 아래 링크를 참조하자

https://bugi45.creatorlink.net/forum/view/1019524

 

패킷 교환 방식 특징 

 

• 고정된 경로 설정 없음( 통신을 위해 미리 경로를 고정하지 않고, 각 패킷이 독립적으로 전송됨)
• 패킷 단위로 전송 (데이터는 작은 단위(패킷)로 쪼개어 전송되며, 각 패킷은 네트워크 트래픽 상태에 따라 각기 다른 전송 경로를 가질 수 있음)
• 네트워크 자원 효율적 사용 (고정된 경로가 없기 때문에 동일한 경로를 여러 패킷들이 공유할 수 있음)
• 경로설정, 트레픽제어, 에러제어 기능이 포함됨

경로설정	발신자와 목적지가 직접 연결되지 않으므로 각 패킷을 네트워크를 통해서 노드에서 노드로 보내는 기능
트레픽제어	네트워크에 전송되어지는 트래픽의 양을 효율적이고 안정하게 하기 위해서 통제하는 기능
에러제어	네트워크에서 유실되는 패킷에 대해 제어하는 기능

• 패킷 교환 방식의 종류
  • 데이터그램 방식: 패킷들이 독립적으로 전송되어, 각 패킷이 별개의 경로를 선택할 수 있음.
  • 가상 회선 방식: 패킷들이 전송되기 전에 논리적인 경로(가상 회선)를 설정하고, 모든 패킷이 동일한 경로로 전송됨

패킷 교환 방식은 고정된 경로를 설정하지 않고, 네트워크의 자원을 동적으로 사용하며, 트래픽 상황에 따라 유연하게 대응할 수 있는 것이 특징이다.

 

*참고자료

혼자 공부하는 컴퓨터 네트워크

https://terms.tta.or.kr/dictionary/dictionaryView.do?subject=%ED%9A%8C%EC%84%A0+%EA%B5%90%ED%99%98+%EB%B0%A9%EC%8B%9D

http://www.jidum.com/jidums/view.do?jidumId=456

지식덤프