통신망
전화 교환망(PSTN) : 일반적인 전화망, 회선교환 방식(Circuit Switching)
인터넷(데이터 네트워크) : 패킷 스위칭 기술 기반
이동통신망 : 모바일 기기 간 데이터 전송 담당, 초기에는 회선 교환 방식 -> 패킷스위칭 도입
스위칭 통신망의 종류
1. 회선교환망(Circuit Switching Network)
2. 패킷교환망(Packet Switching Network)
- Datagram network
- Virtual Circuit network
1. 서킷스위칭(회선교환방식) : 두 스테이션(노드) 간 통신경로(물리적링크, 논리적링크)를 위한 회선교환 통신
과정
2. 통신 과정:
1. 회선 연결설정(전용회선)
- 만약 A - E로 보내는 경우
: 가는 경로가 여러개일 수 있다, 홉의수가 가정 적은 회선이 좋은 회선이다.
또한 노드가 고장나는 경우에 다른 회선으로 변경한다.
-> 회선 연결시 회선정보, 가용성, 비용을 고려한다.
2. 데이터 전송(설정된 연결로)
: 절정된 경로로 데이터를 전송한다.
특징 : 오로지 설정된 경로로만 데이터가 전송된다.
3. 회선해제
: 두 스테이션 중 하나가 해제, 연결된 모든 노드들이 전용회선을 해제시킨다.
회선 교환망(Circuit Switching Network)
1. 정의 :
스위칭 기술을 이용하여 데이터를 전송하는 통신망
2. 전송 과정(위에 설명) 3단계
2-1. 회선설정
2-2. 데이터전송
2-3. 회선해제
3. 회선 스위칭 기술
- 공간분할교환(Space Division Switching)
- 사분할 교환(Time Division Switching)
- 타임슬롯상호교환(Time Slot interchange
- 시간 분할 다중화 Time Multiplexed Switching
4. 원리
- 크로스바 스위칭 원리 : 공간분할 교환(SDS)에서 사용
원리 :
- 회선이 연결되었을 때 교차점마다 스위치 존재한다.
- 닫힌 스위치 : 닫힌 회선으로 전류가 흐른다. -> 전류가 아래로 흐른다.
- 열린 스위치 : 스위치가 연결되지 않아 전류가 흐르지않는다.
결과
- 1번 : c
- 2번 : a
- 3번 : b
기술
1. 공간분할 교환방식(SDS)
• First Stage (1단계): 10개의 입력 포트가 있으며, 5×2 스위치 2개가 배치. 이 스위치는 5개의 입력을 받아 2개의 출력을 전달.
• Second Stage (2단계): 2×2 스위치 2개가 중간에 연결. 첫 번째 단계에서 전달된 2개의 출력을 받아, 다시 2개의 출력으로 연결.
• Third Stage (3단계): 마지막 단계는 2×5 스위치로 구성. 각 스위치는 2개의 입력을 받아 5개의 출력 중 하나로 연결.
공간 분할 :
공간적으로 분리된 회로를 통해 데이터를 전송하는 방식,
스위치 내에서 물리적 경로가 고정되어 있거나 경로가 열리며 데이터를 전송하는 방식
2. TDM 방식 (위쪽):
• 각 장치(컴퓨터 등)가 서로 다른 시간 슬롯을 통해 데이터를 전송한다. 예를 들어, 장치 A, B, C, D는 각기 다른 시간 슬롯에서 데이터 전송이 이루어진다. 이 상태에서는 스위칭이 발생하지 않으며, 각각의 시간 슬롯이 고정되어 사용된다..
• 스위칭된 TSI 방식 (아래쪽):
• 스위칭 규칙에 따라 시간 슬롯이 재배치됩니다. 예를 들어, 1번 슬롯의 데이터는 3번 슬롯으로, 2번 슬롯의 데이터는 4번 슬롯으로 전송되는 방식입니다. 이 방식은 네트워크 자원의 효율적인 사용을 도와줍니다.
• 스위칭 규칙: 1번 슬롯은 3번으로, 2번 슬롯은 4번으로 이동하며, 3번은 1번으로, 4번은 2번으로 전환됩니다. 이를 통해 데이터는 효율적으로 재배치되며, 네트워크의 성능을 최적화합니다.
우측 이미지 상세 설명
1. Time Slot (시간 슬롯):
• 각 장치(device)는 특정 시간 슬롯에 데이터를 전송합니다. 여기서는 time-slot = channel로 표시되어 있으며, 각 장치가 사용하는 고유한 시간 슬롯을 나타냅니다.
• 입력 데이터는 각 시간 슬롯에 할당되며, 이 슬롯에서 데이터를 전송합니다.
2. Data in / Data out (데이터 입력 및 출력):
• Data in은 네트워크를 통해 들어오는 데이터입니다. 이 데이터는 고유한 시간 슬롯에 할당되어 TSI에 전달됩니다.
• Data out은 TSI에서 시간 슬롯을 변경한 후, 새로운 슬롯에 할당되어 출력되는 데이터입니다.
3. Write address / Read address (쓰기 주소 / 읽기 주소):
• Write address는 데이터가 TSI에 들어올 때 저장되는 주소입니다. 각 시간 슬롯에 할당된 데이터가 이 쓰기 주소에 저장됩니다.
• Read address는 데이터를 읽을 때 사용하는 주소입니다. 시간 슬롯 교환을 통해 데이터가 새로운 슬롯으로 이동하며, 이때 읽기 주소에서 데이터를 읽어 다시 출력하게 됩니다.
4. Data store (데이터 저장소):
• 들어온 데이터는 Data store에 임시로 저장됩니다. 여기서 저장된 데이터는 시간 슬롯에 따라 재배치되며, 새로운 읽기 주소로 이동합니다.
• 예를 들어, a와 b라는 데이터가 들어왔을 때, 각각의 데이터가 쓰기 주소에 저장되었다가 읽기 주소를 통해 다른 슬롯으로 이동하여 전송됩니다.
5. Time Slot Counter (시간 슬롯 카운터):
• 이 부분은 시간 슬롯을 관리하는 역할을 합니다. 시간이 지남에 따라 각 슬롯이 차례로 선택되며, 각 슬롯에 들어온 데이터는 지정된 시간 슬롯에 맞게 출력됩니다. 이를 통해 데이터 전송의 순서와 타이밍을 조절합니다.
6. 스위칭 규칙 (Switching Rule):
• TSI는 스위칭 규칙에 따라 시간 슬롯을 재배치합니다. 예를 들어, I라는 시간 슬롯에서 들어온 데이터는 J라는 시간 슬롯으로 교환되고, J라는 슬롯에서 들어온 데이터는 다시 I로 전환됩니다. 이러한 교환을 통해 네트워크 자원의 효율적 사용과 데이터의 적절한 분배가 이루어집니다.
4.TSM(time multiplex Switching)
:TMS는 **Time Slot Interchange (TSI)**의 여러 개를 분리하여 사용하는 방식이다. 이 방식은 여러 TSI들을 조합하여 네트워크의 대역폭을 효율적으로 사용하며, 시간 슬롯을 기반으로 스위칭을 수행한다. 이를 통해 latency time(지연 시간)을 줄이는 효과를 얻을 수잇다.
패킷 교환망(Packet Switching Network)
: 소스컴퓨터에서 목적지컴퓨터까지 중간의 여러 홀을 통과해서 패킷을 전송
방식
1. Store and Forward
2. Packet Switching
전송과정
출발지 노드(스테이션) -> 라우터 -> 라우터 -> 목적지 노드(스테이션)
특징
1. 소스컴퓨터에서 데이터를 보낼 때 -> 조각으로 나누어 전송
2. 나누어진 조각 = 패킷, 패킷은 네트워크계층의 용어(= 프레임(데이터링크), 신호(물리계층))
3. 각 패킷의 앞에는 헤더가 존재, 헤더 + 페이로드 구조
4. 패킷단위로 라우터로 전송
5. 패킷은 각각 제각각의 경로를 통해 가게된다.
6. 이를 전송 받은 라우터는 어떤 경로로 스위칭할지 결정 -> 라우팅
7. 라우터 : 라우팅하는 장비를 말함
8. 라우터 입장 : 받는 패킷(store), 보내는 패킷(forward)
패킷교환망 : 메시지를 패킷 단위로 분할해서 전용회선없이 서로다른 경로로 전송하는 통신망
위 이미지 설명
: A는 보내고자하는 메시지를 4개의 패킷으로 분할, 이를 각각의 경로로 라우터를 통해 전달
장점 : 빠른 전송속도
단점 : 패킷 분실위험
2가지 스위칭 방식
1. Datagram 방식
특징
- 각 패킷이 제각각의 경로를 통해 전달된다.
- 패킷 분실, 훼손, 패킷의 순서틀림 문제가 발생
2. Virtual Circuit 방식(가상회선 방식)
특징
- 패킷스위칭이지만 우선 회선설정을 수행한다,
- 회선이 설정되면 그 회선으로 패킷을 전송
- 순서에 맞게 줄서서 도착함
차이점
datagram : 경로 유동적, 독립적인 전송
virtual cirtcuit : 경로를 미리 설정 -> 고정적, 모든 패킷이 동일한 경로로 순서대로 전송.
비교
1. Circuit switching
과정
1. 1번 ~ 4번까지 물리적으로 경로 설정, 각 라우터로 연결할 때마다 지연시간 발생
2. 연결이 이루어진 후 응답신호 전송
3. 연결된 물리적 경로로 데이터 전송
2. virtual circuit packet switching
1. 논리적인 경로 설정, 라우터가 경로 설정 정보를 받으면 저장하고 내보내기 때문에 지연시간 발생
2. 응답패킷을 보낼때도 동일한 이유로 지연시간 발생
3. 설정된 경로로 데이터를 보낼때에도 지연시간이 발생하면서 패킷을 전송
3. datagram 방식
1. 패킷을 순서대로 전송, 라우팅시간으로 인해 지연
2. 패킷은 제각각의 경로로 전달된다.
네트워크 계층의 서비스
종류
1. 비연결형 서비스
2. 연결형 서비스
1. 비연결형 서비스
: 상호간에 데이터 전송 경로를 정하지 않고 바로 전송하는 방식
패킷이 모두 다른 경로로 전송되기 떄문에 도착 순서가 일정하지 않다.
즉
Datagram 방식이 해당
단점 : 분실될 수 있다, 도착을 보장하지 않는다,
장점 : 빠른 전송이 가능하다.
전송 원리 : 라우팅 테이블
H1 -> H2
h1 -> A로 보내면
1.A의 라우팅 테이블을 확인하여 h2로 가기위해 거쳐야하는 F로 가는 경로를 확인한다.
2. C로 이동한후 다시 F로 이동하기 위한 경로 확인
이와 같은 방식으로 전달
2. 연결형 네트워크 서비스
: 데이터를 전송하기 위해 사전에 전송경로를 정해서 패킷을 전송하는 방식 = Virtual circuit 방식
원리
마찬가지로 라우팅테이블 이용
라우팅 테이블
1. 들어온곳 (패킷을 보낸곳,받은 순서)
2. 내보는 목적지(보낸 목적지, 보낸 순서
즉 가산회선 번호를 통해 경로를 구별한다.
혼잡
: 네트워크 내에서 전송되는 패킷이 처리능력을 넘어서는 현상