2.1.3 데이터 교환 시스템
교환시스템은 단순히 인터넷을 통해 웹 서핑을 한다던가 필요한 정보만을 얻는 분이라면 그렇게 알지 못해도 인터넷을 사용
하는데는 별문제는 없다. 그러나 인터넷을 좀더 깊게 공부를 한다던가 회사에서 인터넷을 담당하거나 회사의 독자 망을
관리하는 분들에게는 도움이 될 것이다. 본 장에서는 교환회선방식에 대하여 다루겠다. 그리고 교환기술에 대해 더 많은 지식을
습득하기 원하는 분은 교환기술의 기초가 되는 대기행렬이론이나 트래픽 이론에 대하여 공부를 하면 될 것이다.
● 교환기술의 전체
전화기 4대를 서로 연결해서 원활하게 하려면 몇 개의 회선이 필요할까? 답은 총 6개의 회선이 필요하다. 그리고 전화기 5개를
놓고 원활하게 통화하려면 10회선이 필요하게 된다. 즉, 가입자가 늘어날수록 서로간에 통화를 원활하게 하려면 회선수도
전화기 증가에 따라 이에 대응될 수 있게 늘려야한다. 그러나 전화기의 증가에 따라서 회선 수를 늘리는 것은 경제적으로 매우
불합리하다. 이것을 해결하기 위해 전화기 한대에 1회선만을 할당하고 이것을 중앙에 모아서 교환해 주면 쉽게 해결이 될 수
있다.
위에서와 같이 교환기술은 각 사용자의 단말(모뎀, 전화 등)로부터 보낸 수많은 데이터를 모으고(보통 집선 이라고 함) 모아진
데이터를 어느 곳으로 보낼 것인가를 결정해주는 경로지정 기능 등을 수행한다. 이러한 회선교환방식은 크게 회선 교환방식과
축적 교환 방식 등으로 나눌 수 있다.
● 회선교환 방식 (Circuit Switching)
회선교환방식은 통신로의 설정방법에 따라 공간분할 교환방식과 시분할 교환방식으로 나눌 수 있다.
+ 공간분할방식 (SDM : Space division Multiplexing)
교환기의 입출 회선을 서로 엇갈리게 놓고 단말에서 보내온 신호를 판단을 하여 교환기에서 교점 스위치를 닫아 회선을
접속하는 방법이다.
SDM (Space division Multiplexing)
+ 시분할 교환방식 (TDM : Time Division Multiplexing)
각 단말로부터 들어온 신호를 다중화 장치(Multiplexor)에 의해 시분할 다중화를 시킨다. 시분할 다중화된 정보는
Time Switch로 들어가게 되고 Time Switch는 어드레스번호를 보고 Time Slot으로 교체한다. 그리고 전달이 되고 다시
분리를 한다.
TDM (Time Division Multiplexing
● 데이터 교환 방식
고속접속 데이터회선 교환방식은 시분할 교환기술과 디지털 전송기술을 이용한 것으로 두 구간에 고속의 고품질 통신회선을
이용하여 데이터 전송을 하는 것을 말한다.
데이터회선교환방식은 데이터 전송제어를 하지 않기 때문에 비교적 길이가 길고 통신밀도가 높은 데이터 통신에 유리하다.
여기에서 사용되는 전송로는 PCM 전송기술로 개발된 디지털 전송로를 사용하고 시분할 다중화 방법으로 여러 속도의
데이터를 다중화하여 전송한다.
시분할 교환기에서는 데이터를 다중화된 디지틀 신호 그대로 교환한다. 수용할 수 있는 터미널 종류에는 비동기 터미널과
동기식 터미날이 있다. 그리고 데이터 회선 교환방식은 디지털 전송방식을 택하고 있기 때문에 변복조기 (모뎀)대신 DSU
(Digital Service Unit)가 사용된다. 동기식 단말인 경우 X.21에 의하여 DTE, DCE간의 접속이 이루어진다.
● 패킷 교환 방식 (Packet Switching)
패킷교환의 개념은 1960년대 초 군에서 음성통화의 보안유지를 위하여 음성대화내용을 여러 개의 조각(패킷)으로 나누어
전송하고 끝단에서 다시 재조립하여 통화가 될 수 있도록 하기 위해서 개발이 되었다. 그러나 이러한 개념이 1960년대에
발표는 되었으나 실제 운용함에 있어서 패킷의 처리 및 경로 제어 등의 많은 부분에서 기술적인 뒷받침이 되지 않아 실용화는
되지 않았다. 이와 비슷한 시기에 미 국방부 ARPA는 미국전역에 연구소와 대학에 있는 컴퓨터를 서로 연결을 하고 있었는데
빠르고 대용량전송을 하기 위한 비용이 너무나 많이 들어가게 되었다. 그래서 ARPA는 이러한 문제점을 해결하기 위해 패킷
교환기술을 이용한 컴퓨터망을 구축하기 시작했다. 이것이 오늘날 데이터 통신에서 가장 많이 사용되는 패킷교환기술로
발전하게 되었다.
+ 패킷 교환의 원리
패킷이란 정보를 일정한 크기로 잘라서 보내고자 하는 곳의 정보를 함께 실어 만든 데이터 블럭을 말한다. 즉, 패킷은
정보가 포함된 편지라고 하면 이해가 쉬울 것이다. 편지봉투에 정보를 넣어서 보내는데 편지봉투에는 도착할 곳의 정보가
적혀 있고 편지 봉투 안에는 실제 정보가 있다.
Packet Switching
위의 그림에서 A에서 B로 메시지가 전송하는 과정을 살펴보자. A에서 메시지를 B로 메시지를 처음으로 전송이 될 때,
첫 번째 노드에서 메시지를 패킷으로 변환을 시킨다. 그리고 이 과정에서 패킷은 목적지의 주소 등의 여러 가지정보를 가진
제어정보를 함께 갖게 된다. 물론, 패킷내부에 있는 실제 데이터는 어떤 형태로든지 접근할 수는 없다. 그리고 패킷은 패킷
교환망 내의 각 경유 교환기에서 축적 및 전송(store and forward)이라는 기본원리에 따라 B의 마지막 노드까지 전송이 된다.
이때 각 교환기들은 다음 교환기 또는 B의 마지막 노드에 있는 교환기까지 패킷이 정확히 전송이 될 수 있도록 기억장치에
그 패킷을 일시 저장한다. 그리고 B의 마지막 노드에서 패킷이 도착하게 되면 패킷은 원래의 메시지로 재조립을 하게 되는데
이때 제어정보는 없애버린다. 그러면 순수한 메시지만 남게되는데 이것을 B에게 전달해준다.
그리고 두 지점사이에 패킷을 주고받을 때 메시지의 재조립, 흐름제어, 그리고 버퍼의 확보 문제 등에 의해 두 가지 유형으로
나눌 수 있는데, 첫째는 상대편의 호출성립이후 생기는 모든 패킷은 호출 시 선택된 경로만을 이용하여 목적지까지 전송한다.
이 방법을 Virtual Circuit(가상회선) 방식이라고 한다. 이것은 실제로는 그렇게되지는 않으나 이용자가 느끼기에는 두 구간
사이에 마치 물리적인 회선이 연결된 것과 같은 느낌을 주게된다. 두 번째 방식은 모든 패킷이 각자가 서로 다른 경로를
찾아서 상대편으로 가는 방식이다. 이 방식은 패킷이 가장 빠른 경로를 알아서 찾아서 올 수 있다. 그러나 최종 목적지에
서는 순서가 뒤바뀌어서 온 패킷들을 다시 재 정렬을 해야한다. 이 방식을 보통 Datagram(데이터 그램)방식이라고 한다.
그러면 패킷전송을 함으로써 생기는 문제점에 대하여 알아보자. 첫째, 패킷을 재조립해야 한다는 것이다. 패킷이 수신되고
있는 모든 정보를 재조립하기 위해서는 패킷을 전부 받고 난 후 재조립을 할 수 있는 네트워크 계층이 있어야한다.
만약 패킷이 전송되는 과정에서 아무런 문제가 없이 순서대로 도착을 한다면 아무런 문제가 없을 것이다. 그런 대체경로나
반복 에러제어 방식을 채택하고 있는 네트워크에서는 패킷의 순서가 뒤바뀌게 되고 잘못하면 패킷을 잊을 수도 있고
또한, 재조립과정에서 deadlock에 빠질 수도 있다. 두 번째는 패킷이 전달될 때 8 - 16바이트의 헤더가 붙는 다는 것이다.
이것은 적은 정보를 보내는데 작은 패킷으로 나누게 되면 헤더 때문에 오버헤드가 높아 질 수 있다. 그러므로 패킷의 크기는
너무 작아도 너무 커도 않된다.
회선 교환망과 패킷 교환망의 그림
각 패킷이 중계교환기를 거치면서, 경로를 찾아가는 가상회선에 대한 개념을 표시
● 패킷 교환망의 구성
패킷교환망은 패킷교환설비와 회선종단장치, 가입자회선 및 중계전송로로 구성된다. 패킷교환설비는 패킷교환망에 연결된
이용자들로부터 전송되는 패킷을 임시로 저장, 경로설정, 전송등의 교환기능을 하는 패킷 교환기(Packet Switch)와 패킷
교환기에 접속하여 이용자들로부터 전송된 데이터를 패킷화하고 패킷교환기로부 터 수신패킷을 원래의 정보로 재조립을 하는
패킷 단말장치와 비패킷형단말이 패 킷교환망에 부착될 수 있도록 이용자 전송데이타의 패킷화 및 그 역기능을 하는 패킷
다중화 장치(Packet MultipleXer:PMX)로 구성된다.
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* 패킷단말장치와 비 패킷 단말장치 패킷통신을 할 때 사용되는 단말에는 패킷 단말 장치와 비 패킷 단말 장치가 있다. |
● 데이터 다중화
데이터 통신에서 다중화 기술은 여러개의 채널로부터 들어오는 데이터를 묶어서 하나의 회선으로 (보통 트렁크라고 함) 어떻게
전송할 것인가에 대한 기술이다. 보통 다중화 기술은 시분할 다중화 (TDM: Time Division Multiplex)기술과 통계적 시분할
다중화(STDM: Statistic Time Division Multiplex)으로 나눌 수 있다. TDM은 하나의 백본이 되는 회선을 각 채널에 시간 단위로
할당하는 방법이고 STDM은 각 채널의 데이터 입력 유무에 따라 백본이 되는 회선에 대역폭을 동적으로 할당해주는 방법이다.
● TDM
TDM
TDM은 각 단말로부터 입력되는 여러 채널의 데이터를 하나의 회선으로 전송하기 위하여 각 채널을 시간단위로 나누어 하나의
회선(트렁크)에 할당하는 기술을 말한다. 즉, 한 회선으로 여러 개의 채널을 사용할 수 있도록 각 채널마다 회선에 한정된
시간 사용영역을 미리 지정해주는 기술이다. 위에 보이는 그림은 64Kbps 4개 채널이 TDM기술로 하나의 회선으로 전송하는
것을 말한다.
현재 64kbps 4개 채널을 사용하므로 트렁크의 속도는 256kps 로 대역폭을 잡고 각 채널에 할당된 대역폭 64kbps을 미리
할당해 둔다. TDM 에서는 채널별로 할당된 대역폭을 미리 지정해주기 때문에 데이터가 송수신에 관계없이 항상 할당이 되기
때문에 회선 대역폭의 낭비가 되기도 한다. 그리고 트렁크의 대역폭을 융통성 있게 사용할 수 없다는 것이다. 이것을 트렁크
대역폭이 각 채널들을 수용하기 위하여 할당되며 다른 채널들을 사용할 수 없다는 것이다. 쉽게 이야기하면 서울까지
자동차를 타고 가는데 자동차 차선은 막혀 있고 고속버스전용차선이 비어 있음에도 불구하고 자동차가 고속버스전용차선을
통해서는 갈 수 없는 것과 같다.
그러나 TDM기술은 이런 단점만 있는 것은 아니다. TDM기술을 이용하게 되면 각 채널의 입력데이터를 트렁크로 전송하기
위하여 장비에서 복잡한 처리과정을 거치지 않고 미리 지정된 경로(Time Slot)으로 전달만 하면 되기 때문에 네트워크 장비의
지연시간을 최소화 할 수 있다. 그리고 TDM은 각 채널의 대역폭을 항상 일정하게 할당을 하고 각 채널 을 일정한 시간 간격
으로 트렁크 대역폭을 할당해 주기 때문 각 채널에 입력되는 데이터들을 전송할 때 전송되는 시간은 항상 일정하다.
또한, TDM은 단순 히 입력되는 데이터의 열과 동기만 맞으면 어떤 프로토콜이라도 상관없이 미리 지정된 트렁크로 전달해
주기 때문에 프로토콜에 민감하지 않는다.
● STDM
STDM은 TDM의 단점인 트렁크의 대역폭의 낭비를 효율적으로 사용하기 위하여 나온 기술이다.
STDM
예를 들어 설명하면 위에 있는 그림에서 데이터를 STDM을 이용하여 전송할 때 4개 단말속도는 9.6Kbps이고 트렁크의
속도는 128Kbps 이다. STDM은 각 단말에서 데이터전송이 있을 때 전체 트렁크 대역폭을 이용하여 보낼 수 있다.
이와 같이 STDM기술을 이용하게 되면 트렁크의 대역폭을 낭비하지 않고 효율적으로 사용할 수 있다. 이러한 STDM 기술은
장점은 채널의 입력 데이타가 있을 때만 트렁크의 대역폭 을 할당해 주므로 트렁크대역폭의 낭비가 없고 각 채널마다 대역폭을
한정되어 서 사용하는 것이 아니라 전체대역폭을 전부 사용할 수 있다. 그러나 STDM이 라고 해서 단점이 없는 것은 아니다.
STDM은 프로토콜에 민감하다. 즉, STDM은 트렁크는 각 채널로 입력되는 프로토콜을 해석하여 버퍼링과 Queueing을 통하여
트렁크로 전달되기 때문에 이 과정에서 STDM장비가 해석할 수 있는 프로토콜만 처리하기 때문이다. 그리고 STDM이 트렁크
대역폭을 적절하게 사용할 수 있는 반면에 일정한 시간을 요구하는 트래픽에 대해서는 서비스하기가 힘들다. 이것은 STDM이
각 채널로부 터 들어오는 데이터량을 보고 동적으로 대역폭을 할당하기 때문이다. 그리고 STDM은 프로토콜 해석과 버퍼링,
Queuing 등의 과정을 거치기 때문에 상당한 프로세싱을 지연시간이 발생한다. 그렇기 때문에 트렁크속도가 상당히 제약을
많이 받는다. 그러므로 STDM에서 수용할 수 있는 최대 트렁크 속도는 128Kbps 이다.
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