[NW] 교환 (패킷 교환, 데이터그램 망, 가상 회선 망)

2023.06.05 - [NW] - [NW] 교환 (회선-교환망)

[NW] 교환 (회선-교환망)

 

 

패킷 교환

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패킷-교환 망을 통해 메시지가 전달된다면 패킷을 고정 또는 가변 길이로 나누는 것이 필요하다.

패킷의 길이는 네트워크와 해당 프로토콜에 의해 결정된다.

 

패킷 교환에는 패킷에 대한 자원 할당은 없다.

이는 링크에 대한 예약된 대역폭이 없다는 것이고,

각 패킷에 대한 계획된 처리 시간이 없다는 것을 의미한다.

 

자원은 요청에 따라 할당되며, 할당은 먼저 오는 것을 먼저 서비스하는 것으로 한다.

처리 중에 있는 다른 패킷이 있다면 기다려야 하며, 이는 지연이 생긴다는 것이다.

 

즉, 패킷-교환 망에서는 예약이 없고, 자원은 요청에 따라 할당된다.

 

 

데이터그램 망

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데이터그램 망에서는 각 패킷은 다른 패킷과 무관하게 취급된다.

이 방식의 패킷을 '데이터그램'이라 부른다.

 

데이터그램 교환은 보통 네트워크층에서 이루어진다.

 

 

 

위의 그림에서 교환기는 '라우터'라고 부른다.

4개의 패킷이 하나의 메시지에 속하지만

목적지에 도달하기 위해 각기 다른 경로를 거칠 수 있다.

 

이 방식은 전송된 데이터 패킷들이 패킷들 사이 간격도 일정하지 않고

순서대로 목적지에 도착하지 않게 될 수도 있게 만든다.

또한 패킷은 자원이 부족한 상황이 되어 잃어버릴 수도 있다.

 

프로토콜에서는 데이터그램 순서를 재정돈하거나 잃어버린 패킷을 다시 요청하는 것은

상위 계층의 책임이다.

 

데이터그램 망은 '비연결형 망'이라고 불린다.

즉, 연결 상태에 대한 정보를 유지하지 않는다는 것이다.

 

설정 단계나 해제 단계도 없어

각 교환기는 목적지 주소에 기반을 두는 경로 표를 가지고 있다.

 

경로 표는 동적으로 변하며 주기적으로 수정되며,

목적지 주소와 출력 포트가 기록된다.

 

 

 

데이터그램 망의 각 패킷은 다른 정보를 포함하여 목적지 주소를 헤더에 담고 있다.

이 주소는 가상 회선 교환 망의 주소와 달리 패킷이 전달되는 동안 일정하게 남아 있다.

 

데이터그램 망은 전송할 패킷이 있을 때만 자원을 할당하기 때문에

회선 교환 망보다 효율은 좋다.

 

데이터그램 망은 설정과 해제 단계가 없지만 각 패킷은 전송되기 전에

교환기에서 대기해야 할지도 모르기 때문에

가상 회선망보다 지연이 길 수 있다.

 

 

 

 

총 지연 시간은 3개의 전송시간, 3개의 전파 지연(직선 경사), 2개의 대기 시간의 합이다.

 

 

가상-회선 망

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가상-회선 망은 회선 교환 망과 데이터그램 망을 섞은 것 같은 것이다.

 

회선 교환 망처럼 데이터 전송 단계, 설정 및 해제 단계가 있으며,

자원이 설정 단계에서 할당될 수도 있고 필요에 따라 할당될 수도 있다.

 

데이터그램 망처럼 데이터는 패킷에 담겨져 전송되며 각 패킷은 헤더에 주소를 담는다.

그러나 헤더의 주소는 최종 종단 대 종단 주소가 아니라 지역 주소이다.

 

회선 교환처럼 연결이 설정되고 나면 모든 패킷은 같은 경로로 전송된다.

 

가상 회선 망은 데이터 링크층에서 구현되는데

회선 교환 망은 물리층에서 구현되고 데이터그램 망은 네트워크층에서 구현된다.

 

 

 

가상 회선 망에서는 전역 주소와 지역(가상-회별 식별자)의 주소가 있다.

 

가상 회선 망에서 전역 주소는 가상회선 식별자를 생성할 때만 사용되며,

데이터 전송에 실제로 사용되는 식별자는 가상회선 식별자(VCI)이다.

 

VCI는 교환기에서만 사용하는 작은 숫자이며,

2개의 교환기 사이에서 교환되는 프레임에 사용된다.

 

교환기에 프레임이 도달할 때 프레임은 VCI를 가지고 있으며,

교환기를 프레임이 떠날 때는 다른 VCI를 갖게 된다.

 

 

 

회선 교환 망처럼 설정, 데이터 전송, 해제 단계를 거쳐야 하며,

설정 단계에서 전역 주소를 사용하여 연결 표를 만든다.

 

해제 단계에서는 교환기들에게 표에서 삭제하도록 통보한다.

 

 

 

데이터 전송 단계

 

 

위의 그림에서 VCI가 14이고 1번 포트를 통해 들어온다.

프레임이 도달하면 교환기는 표로부터 해당 내용을 찾아

프레임의 VCI를 66로 바꾸어 3번 포트로 내 보낸다.

 

데이터 전송 단계는 발신지로부터 마지막 프레임이 목적지로 전송될 때까지 유효하다.

 

이 과정에서 발신지와 목적지 사이에 실제회선이 아닌 가상회선이 생성된다.

 

 

설정 단계

 

설정 단계에서는 교환기는 가상회선에 대한 내용을 생성한다.

A가 B까지 가상회선을 설정한다면 설정 요청과 응답의 단계가 필요하다.

 

 

설정 요청

 

 

발신지로부터 목적지로 설정 요청 프레임이 전송된다.

 

 

확인응답

 

 

확인응답 프레임이라고 부르는 특별 프레임이 교환기의 표 내용을 완성한다.

 

 

해제 단계

 

모든 프레임을 B에게 보낸 후에 발신지 A가 해제 요구라고 불리는 특별 프레임을 보낸다.

목적지 B는 해제 확인 프레임으로 응답한다.

모든 교환기들은 해당 항목을 표에서 지운다.

 

 

가상-회선 망에서 자원 예약은 설정 단계에서 행해지거나

데이터 전송 단계에서 요구될 수 있따.

 

발신지는 실제로 예약하기 전에 자원 가용도를 확인할 수 있다.

 

 

 

가상 회선 망에서 총 지연 시간은 두 대의 라우터를 지나므로

3개의 전송 시간, 3개의 전파 지연, 데이터 전송 시간, 설정 시간, 해제 시간의 총 합이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

* 해당 글은 '데이터통신과 네트워킹' 책을 참고하여 작성하였습니다. 출처: 데이터통신과 네트워킹 5 (Forouzan)