네트워크가 데이터를 전송하는 방식 - 패킷 교환, 회선 교환

네트워크란

컴퓨터와 다른 장치들이 서로 연결되어 정보를 주고받을 수 있도록 만든 시스템

 

<네트워크와 네트워킹 차이점>

- Network : 관계

- Networking : 상호작용

 

컴퓨터 네트워크가 데이터를 전송하는 방식

1. 패킷 교환

2. 회선 교환

패킷 교환

■ 데이터 전송 방식

1. 데이터 분할

: 큰 데이터를 작은 데이터로 나눈다.

패킷
: 큰 데이터를 작은 데이터 덩어리로 나눈 것
: 데이터를 세그먼트로 나누고 각 세그먼트에 헤더를 붙인 것

 

2. 전송

 각 패킷은 네트워크를 통해 개별적으로 전송된다. 이때, 통신 링크와 패킷 스위치를 거치게 된다. 패킷은 동일한 경로를 따르지 않을 수도 있고, 다양한 경로를 통해 목적지에 도달한다.

패킷 스위치
종류 : 라우터, 링크 계층 스위치
대부분의 패킷 스위치는 저장 후 전달, 전송 (store and forward transmission) 방식을 이용

 

3. 재조합

 

 수신 측에서 패킷을 순서대로 재조합하여 원래의 데이터로 복원한다. 손실된 패킷이 있으면 재전송 요청을 할 수도 있다.

 

 예를 들어, 목적지로 전송할 3개의 패킷이 있다고 가정하자. 다음 그림은 패킷 1의 일부분을 전송했고 패킷 1의 앞쪽은 이미 라우터에 도착했다. 라우터는 현재, 저장 후 전달 방식을 채택하고 있다.

 

 따라서, 이 순간에 라우터는 수신한 비트를 바로 목적지로 전송할 수 없다. 대신에 그 패킷의 비트를 먼저 버퍼에 저장한 후, 라우터가 패킷의 모든 비트를 수신한 후에만 출력 링크로 그 패킷을 전송하기 시작한다.

 

■ 발생할 수 있는 문제점

1. 큐잉 지연 

: 각 패킷 스위치는 접속된 여러 개의 링크를 갖고 있다. 도착하는 패킷이 한 링크로 전송되어야 하는데 그 링크가 다른 패킷을 전송하고 있다면 도착하는 패킷은 출력 버퍼에서 기다려야 한다. 이때, 출력 버퍼에서 기다리는 현상을 큐잉 지연이라고 한다. 이는 네트워크의 혼잡 정도에 따라 달라지기 때문에 가변적이다. 

2. 패킷 손실

: 버퍼 공간의 크기가 유한하기 때문에 도착하는 패킷은 버퍼가 전송을 위해 대기 중인 다른 패킷들로 꽉 차 있는 경우를 마주할 수 있다. 이떄, 도착하는 패킷 혹은 이미 큐에 대기 중인 패킷을 폐기(drop)한다. 이 현상이 패킷 손실이다. 

 

 예를 들어, 호스트 A와 B가 호스트 E로 패킷을 전송한다고 가정하자. 호스트 A,B는 첫 번째 라우터로 100 Mbps 이더넷 링크를 통해 패킷을 전송한다. 라우터는 다음에 이들 패킷을 15 Mbps의 링크로 전달한다. 짧은 기간 동안에 라우터에 도착하는 패킷의 전송률이 15 Mbps를 초과하면 라우터에 혼잡이 발생한다. 즉, 호스트는 100Mbps로 전송하지만 라우터는 15Mbps로 전송하기 때문에 병목현상이 발생한다. 이는 링크로 전송되기 전에 출력 버퍼에 큐잉되고, 이 큐잉이 지속되어 버퍼에 자리가 없게 될 경우 패킷 손실이 발생한다.

 

 

회선 교환

 회선 교환 네트워크에서 종단 시스템 간에 통신을 제공하기 위해 경로상에 필요한 자원(버퍼, 링크 전송률)은 통신 세션 동안에 확보된다. 패킷 교환 네트워크에서는 이러한 자원을 예약하지 않는다. 

 

 - 송신자와 수신자 간의 경로에 있는 스위치들이 해당 연결(=회선) 상태를 유지하는 것

 - 송신자는 수신자에게 보장된 일정 전송률로 데이터를 보낸ㄷ.

 - 대표적인 예 : 전화망 

 

■ 다중화

1. 주파수 분할 다중화 (FDM : Frequency-Division Multiplexing) : 주파수 영역을 분할하는 것

2. 시분할 다중화 (TDM : Time-Division Multiplexing) : 시간 영역을 분할하는 것

 

 패킷 교환 옹호자들은 회선 교환의 경우, 할당된 회선이 비활용 기간(silent period)에는 놀게 되므로 낭비라고 주장한다.