Chapter 8. 교환(Switching)¶

0절. 교환

1절. 회선 교환망

2절. 패킷 교환

3절. 교환기 구조

0절. 교환¶

교환(Switching)¶

각 장치 간 일대일(One-to-One) 통신이 가능하도록 연결하는 방법

교환 방법 종류¶

회선 교환(Circuit Switching)
패킷 교환(Packet Switching)
메세지 교환(Message Switching)

TCP/IP 계층에서의 교환¶

계층	영문	교환 방식	비고
물리 층	Physical Layer	회선 교환	.
데이터 링크 층	Data Link Layer	패킷 교환 (가상 회선 접근 방식)	프레임(Frame) OR 셀(Cell)
네트워크 층	Network Layer	패킷 교환 (가상 회선 접근 방식, 데이터그램 접근 방식	.
응용 층	Application Layer	메세지 교환	.

1절. 회선 교환망¶

회선 교환망(Circuit-Switched Networks)¶

각 링크를 n개 채널로 나누는 물리적 링크에 의해 연결된 교환기 집합

물리 링크로의 연결
단일 교환기
두 지국 간 연결 : 1개 이상의 링크로 만들어진 전용 경로
- 연결 : 각 링크 중 하나의 전용 채널만 사용
- 링크 : FDM OR TDM 방식으로 n개의 채널로의 분할
전통적인 전화망의 물리층 교환 방식

회선 교환망 단계 별 작업¶

단계 종류	작업
연결 설정 단계	자원 할당 필요
~ 연결 해제 단계	전체 데이터 전송 기간 동안 전용적 자원 할당

회선 교환망 스위치 I/O¶

회로 스위치
연결을 생성하는 n개의 Input
m개의 Output
Input 수와 Output 수가 항상 동일하지는 않음

접이식 스위치 I/O¶

n × n 접이식(Folded) 스위치
전이중(Full-Duplex) 모드
n개의 각 전화기는 다른 모든 전화기에 연결 가능

연결 단계¶

단계 종류	영문	설명
연결 설정 단계	Setup Phase	교환기 사이 전용 회선 생성
데이터 전송 단계	Data Transfer Phase	두 당사자 간 데이터 전달
연결 해제 단계	Teardown Phase	당사자 중 하나가 연결 끊기를 원하면 자원 해제

단계 별 예시¶

연결 설정 단계(Setup Phase)
스위치 간 전용 채널 생성
- ex) A -> I에게 채널 요청 -> IV로 연결 III으로 연결 -> M은 연결 받은 후 A에게 Acknowledge 전송
데이터 전송 단계(Data Transfer Phase)
전송 채널로 데이터 전송
연결 해제 단계(Teardown Phase)
연결 끊을 경우 각 스위치에게 신호를 보내서 Disconnect

효율(Efficiency)¶

데이터 전송 기간 동안 지속적인 자원 할당
안좋은 효율

전송 상황 경우	상황
전화의 경우	통화가 끝날 때까지 계속 연결
데이터의 경우	지속적인 연결 필요 X

지연(Delay)¶

데이터 전송 기간 에는 적은 지연
연결 설정 단계
1. src로부터 전파 시간
1. 요청 신호 전송 시간
1. 확인 응답 전파 시간
1. 확인 응답 전송 시간
데이터 전송 단계
1. 전파 시간
1. 데이터 전송 시간
연결 해제 단계

2절. 패킷 교환¶

패킷 교환망(Packet Switching)¶

패킷
고정 or 가변 길이로 분할
길이 : 네트워크와 해당 프로토콜에 의해 결정

유형
데이터그램 망
가상 회선 망

데이터그램 망¶

4개의 교환기(라우터)를 이용한 데이터그램 망 형태

인터넷(Internet)에서의 교환
네트워크 층에서 패킷을 교환하는 데이터그램 방식
각 패킷은 다른 패킷과 무관한 취급
네트워크 층에서 작업
비연결형 망(Connectionless Networks)
교환기 : 라우터(Router)

경로지정 표(Routing Table)¶

각 교환기는 목적지(des) 주소 기반 경로지정 표 보유
목적지 주소, 출력 포트 존재
각 패킷 헤더에 목적지 주소 존재
목적지에 도달할 때까지 불변

효율(Efficiency)¶

회선 교환망보다 좋은 효율
패킷 전달 때까지 resource 할당

지연(Delay)¶

가상 회선망보다 큰 지연
연결 설정/해제 단계 없음
각 패킷은 전달되기 전 대기시간 존재
각 패킷은 전달 경로가 상이하기 때문에 동일한 교환기를 통과하지 않고 일정하지 않은 지연
전체 지연 시간 = 3T(전송 시간) + 3τ(전파 지연 시간) + \(w_1\) + \(w_2\)(대기 시간)

가상 회선 망(Virtual-Circuit Network)¶

회선 교환망 + 데이터그램 망
양자의 특성 모두 보유
같은 발신지(src)와 목적지(des)인 경우 동일한 경로로 전송
한정된 자원에 대해 서로 다른 지연으로 목적지에 도착할 가능성 존재
교환형 WAN에서 링크 계층 교환 시 사용하는 가상 회선 기술

특성¶

연결 설정/해제 단계 존재
자원이 설정 단계에서 할당 or 필요에 의해 할당
데이터는 패킷으로 전송
각 패킷은 헤더에 Local 주소 존재(End-to-End Address가 아님)
Local 주소 : 어느 스위치로 교환되고 그 스위치에서 어느 채널로 가는지
연결 설정 후 패킷은 같은 경로로 전송
데이터 링크 층에서 구현
회선 교환 망 : 물리 층
데이터그램 망 : 네트워크 층

주소 지정¶

전역 주소(Global Address)
네트워크 전역에서 통용되는 주소
- 가상 회선 식별자 생성 시 필요
- source address
- destination address
지역 주소(Local Address)
가상 회선 식별자(VCI : Virtual Circuit Identifier)
- 교환기에서 사용되는 주소
- 프레임에서 사용
- 데이터 전송에 필요한 식별자
- 프레임이 스위치를 통과하며 VCI 변환
- 일반적으로 작은 수

연결 단계¶

연결 설정 단계(Setup Phase)
전역 주소로 src와 des 간 연결을 위해 table 생성
데이터 전송 단계(Data Transfer Phase)
데이터 전송
연결 해제 단계(Teardown Phase)
src와 des는 스위치들에 해당 정보 삭제 요청

가상 회선 망 경로 지정 표¶

가상 회선 생성 시 모든 스위치는 4개의 열을 갖는 표 생성
표에 의해 Frame 전달

가상 회선 망 데이터 전송¶

src의 모든 Frame이 des에 전달될 때까지 동일하게 전달
가상 회로(Virtual Circuit) 생성

연결 설정 단계(Setup Phase)¶

연결 설정 요청(Setup Request)
src A가 스위치 1로 setup Frame 전송
스위치 1은 전송받은 Frame을 port3으로 전송 후 table의 3 항목 작성(Outgoing VCI는 Acknowledge step 시 작성)
- Incoming port / VCI
- Outgoing port
스위치 2, 스위치 3은 setup Frame 수신 후 스위치 1과 동일 작업
des B는 setup Frame 수신 후 VCI 할당
- 할당된 VCI를 통해 A에서 오는 메시지 여부 판단