교환 시스템(Switching)

 

 

한글에서 '교환'은 서로 주고 받는다는 의미다. 하지만 교환 시스템을 영어로 하면 Switching이다. '스위칭'이란 네트워크에서 적절한 경로를 선택하는 과정을 의미한다. 그러므로 엄밀히 말하면 '교환'과는 다른 의미이다.

 

이번 포스팅에서는 데이터가 한쪽 호스트에서 다른 호스트로 이동하는 스위칭 시스템에 대해서 다루어 볼까 한다.

 

회선교환방식(Circuit Switching)

 

데이터를 전송하기 위해 호스트 간의 물리적인 회선을 설치하는 방식이다. Circuit은 물리적으로 연결된 하나의 회선을 의미한다. 회선 하나가 고정적으로 존재하기에 보낼 수 있는 데이터 양도 고정적이다. (고정 대역폭)

 

디지털 음성을 지원하기 위해 개발되었지만 현재는 인터넷 접속에 보편적으로 사용되는 T급 회선시스템(T-Carrier System)이 대표적으로 고정적인 대역폭을 가지고 있다. 초당 8000byte를 전송할 수 있는 채널용량을 가진 채널을 DS-0라고 한다. 24개의 DS-0 채널이 멀티플렉싱 되어 만들어지는 링크가 T1 Link이다. 이렇게 회선이 물리적으로 고정되어 있기에 다양한 채널은 하나의 통로를 공유해야한다. 그러므로 많은 데이터가 같은 경로로 전달된다.

 

회선교환방식의 가장 큰 문제점은 선로를 물리적으로 설치하다보니 비용이 엄청 많이 든다는 것이다. 제주도에 있는 부모님과 전화하려고 부모님 집과 내 집 사이에 선로를 설치한다고 생각해보자. 비용이 어마어마함을 알 수 있다. 그래서 회선교환방식은 여러사람이 함께 이용한다. 하지만 앞서 말했듯, 고정된 선로로 데이터 전송이 이루어져 대역폭이 제한된다. 그러므로 많은 사람이 동시에 이용하지 못한다.

 

패킷 교환 방식

 

패킷 교환 방식은 데이터를 패킷단위로 쪼개어 전송하는 방식이다. 쪼개진 패킷은 고정된 선로로 이동하는 것이 아닌 중간 중간 위치하고 있는 라우터의 판단에 따라 가변적으로 바뀌는 경로를 따라 이동한다. 그리고 도착지점에 도달하면 쪼개진 패킷은 다시 합쳐진다.

 

회선교환 방식의 대표적인 예가 전화망이라면 패킷 교환 방식의 대표적인 예는 인터넷이다. 인터넷은 수 많은 사람이 동시에 사용한다. 패킷 교환 방식은 패킷을 고정된 경로가 아닌 능동적으로 관리하며 가변적으로 경로를 선택하기에 전송 가능한 대역폭도 가변적으로 바뀐다. 그러므로 회선 교환 방식에 비해 다양한 사람이 이용가능하다.

 

라우터는 웬만하면 같은 데이터의 패킷들을 동일한 경로로 순서대로 보내려고 노력한다. 하지만 네트워크에 참여하는 사용자들이 많아지면 라우터는 패킷 전송경로를 자주 바꾸게 된다. 그 결과, 패킷들은 순서가 뒤죽박죽인 상태로 도착지점에 도달한다. 그러면 수신 호스트는 패킷들을 다시 재배열해야 하므로 비효율적이게 된다. 네트워크의 안정성은 얼마나 패킷을 순서대로 잘 전송하느냐로 결정난다.

 

1) 가상 회선( Virtual Circuit) 방식

 

네트워크의 안정성을 도모하려면 라우터가 경로를 바꾸지 않고 고정된 경로로 전송하면 된다. 그래서 도입한 방식이 가상 회선 방식이다. 회선교환 방식은 물리적으로 고정된 선로를 따라 데이터가 이동하지만 가상회선 방식은 논리적으로 고정된 경로를 따라 패킷이 전송된다.

 

사실, 가상 회선 방식은 구현하기 힘들다. 수 많은 데이터가 모이는 복잡한 네트워크 망에서 완벽하게 고정된 길을 따라 패킷을 이동시킨다는 것은 사실상 불가능하다. 그래서 대부분의 패킷 전송 방식은 데이터 그램(Datagram) 방식을 따른다.

 

2) 데이터그램(Datagram) 방식

 

데이터그램 방식으로 패킷을 전송하면 고정된 경로가 아닌 적응 경로로 전송된다. 적응 경로란 네트워크 상태에 따라 라우터가 선택한 경로를 의미한다. 대체로 패킷들은 같은 길을 따라가다가 네트워크 상태가 불안정하면 패킷의 경로가 달라진다.

 

프레임 릴레이(Frame Relay)

 

처음 패킷교환망 개념이 도입되었을 당시에는 패킷이 잘 도착하여 프레임에 이상이 없는지를 중간 지점인 라우터마다 체크를 해주었다. 그러나 프레임이 라우터에 도착할 때마다 오류체크가 이루어지니 전송속도가 너무 늦어졌다.

 

그래서 프레임 릴레이(Frame Realay)방식을 도입되었다. 오류체크는 양 끝단에서만 이루어지고 중간지점인 라우터는 '전송'에만 집중한다. 이를 OSI 7계층으로 이야기해보겠다.

 

2계층과 3계층은 MAC 주소와 IP 주소를 활용하는 프로토콜을 사용하는 계층이다. MAC 주소와 IP주소는 경로를 찾아가는데 중요한 정보이므로 네트워크 중간 중간마다 프로토콜은 MAC주소와 IP주소를 확인해야한다. 그러므로 만약 프로토콜이 오류제어 기능까지 갖고 있다면 네트워크 중간 중간마다 오류제어가 발생하니 데이터 전송은 늦어질수 밖에 없다. 프레임 릴레이 방식은 오류제어를 4계층으로 옮긴 방식이다. 4계층 프로토콜은 양끝단의 호스트에 존재한다. 그러므로 4계층 프로토콜에 오류제어 기능을 넣으면 오류체크 및 대응은 양끝 단에서만 이루어지게 되므로 전송 속도가 빨라진다.

 

셀 릴레이 방식

 

셀 릴레이 방식은 '셀' 이라는 고정된 크기의 패킷을 사용하는 패킷통신방식이다. 패킷의 크기가 고정되면 오버헤드를 줄 일 수 있다. 셀 릴레이 방식은 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 방식으로 더 잘 알려져있다.

 

ATM의 대표적인 프로토콜은 X.25가 있다. 앞서 다루었던 패킷교환망은 여러 단말장치가 인터넷망에 연결되어 사용되었다면 X.25 프로토콜은 두 가지 단말장치 사이에서 일어나는 패킷교환을 다룬다. 패킷교환망에서는 가상회선방식의 연결형 서비스가 사실상 불가능했지만 ATM 방식을 사용하면 연결형 서비스가 가능해진다. 이는 집마다 연결되어 있는 전화망에 물리적으로 장비들을 설치하여 가능했다.

 

하지만 이런 ATM방식도 대표적인 2계층 네트워크 기술인 이더넷에 밀렸다. ATM 방식은 위에서 설명한 특징 외에도 대역폭 조절이나 빠른 속도와 같은 장점도 가지고 있으나 복잡하고 비싸다는 가장 큰 문제가 있다. 이더넷은 ATM에 비해 기술적으로는 떨어질지 몰라도 단순하고 싸다. 2계층 구간은 얼마나 안정적으로 정확하게 데이터를 보내는지보다 오류가 나더라도 얼마나 신속하게 데이터를 보내는지가 중요하다. 그래서 단순하고 싼 이더넷이 ATM 방식보다 경쟁력이 있어 지금은 대부분 이더넷 방식을 채택하고 있다.