컴퓨터 네트워크 #4

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목차

1. 패킷교환의 원리
2. 패킷교환의 2가지 방법
3. 패킷크기 전송시간
4. 회선교환과 패킷교환의 비교

패킷교환의 배경 회선교환은 전용회선을 통하기 때문에, 이용률이 높은 음성통신 같은 경우에 강점을 보였다. 회선교환 기술이 사용될 당시에는 데이터 통신에 가장 중점을 둔 것이 음성통신 이었으므로 상관이 없었지만, 시대가 흐르면서 다양한 데이터 ( 메일, 영상 ) 의 등장으로 회선교환의 단점이 나타났고 패킷교환 기술이 등장하였다.

패킷교환은

• PC가 서버에 로그온 되기만 하면, 사용자가 아무것도 하지 않아도 하나의 회선을 계속 할당 받기 때문에 비효율적이다.
• 일정한 데이터 전송율을 가지므로, 연결된 두 스테이션은 항상 송신률과 수신률이 같아야 한다. 이는 네트워크 활용을 제한한다.

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패킷교환의 원리

패킷이란, 전송할 데이터를 여러 개로 쪼갠 것 중 하나를 말한다.

쉽게 말해서 전송할 데이터 100 → 패킷(23) 으로 만들 경우 (데이터(20)+헤더(3)) * 5 으로 쪼개서 전송한다.

이 때 헤더(제어정보) 는 경로 배정하여, 목적지로 전달하기 위한 정보를 가지고 있다.

이러한 패킷이 스테이션→노드, 노드→노드 로 전송되며, 패킷을 받은 노드는 큐(QUEUE) 에 패킷을 잠시 저장해둔다. 이후 다음 노드를 결정하면, 순서에 따라 패킷을 전송한다.

패킷교환은 노드 사이의 링크를 동적으로 선택하므로 효율이 높아진다.

또한 데이터 전송률의 변환이 가능해서 두 스테이션 간에 각자 적절한 전송률로 노드에 연결되어 상호 교환할 수 있다.

데이터를 큐에 저장해 두기 때문에, 차단 현상이 일어나지 않는다.

통신량이 많아져도 큐에 계속 가지고 있으면 되기 때문이다. 큐에는 우선순위가 있기 때문에, 패킷 전송의 순서도 자유롭게 결정할 수 있다.

패킷교환의 2가지 방법

1. 데이터그램

   데이터그램은 모든 패킷을 개별적으로 취급하고 전송한다.

   각자의 패킷은 매번 노드들이 현재 네트워크 상황에 맞게 가장 최적의 다음 노드를 선택해 전송한다.

   따라서 패킷이 순서대로 목적지에 도착하지 않는다. 3번 패킷이 전송될 때 네트워크가 원활했다면, 1번 패킷보다 먼저 도착할 수 있다.

   따라서 목적지나 출구 라우터에서는 이 패킷들을 순서대로 조립하고, 네트워크 내에서 패킷이 분실 되었는지 확인, 복구하는 책임을 가진다.

2. 가상회선

   가상회선은 회선교환처럼 미리 갈 노드들을 정하고, 회선을 선택해서 그 회선으로만 데이터를 전송한다.

   따라서 패킷들은 순서대로 도착한다. 또한 회선교환이랑 다르게 설정된 가상회선을 다른 스테이션에서도 이용할 수 있다.

3. 데이터그램 vs 가상회선

   가상회선은 순서대로 패킷을 보내기 때문에, 순서화(sequencing) 과 오류제어같은 서비스를 제공할 수 있고, 분실된 패킷을 보다 빨리 발견해 재전송 요청을 할 수 있다.

   또한 노드에서 경로를 결정하는 것이 아니기 때문에 보다 빨리 네트워크를 통과한다.

   데이터그램의 경우 미리 회선을 설정하지 않기 때문에 (1) 호 설정 단계 (발신지 → 수신지로 회선을 정할 때 call 하는 단계)가 없고, (2) 혼잡한 네트워크를 피해간다.

   또한 노드가 고장나도 이전 노드가 경로를 알아서 우회해 선택하기 때문에 패킷이 분실될 가능성이 적다. 따라서 (3) 신뢰성이 높다.

패킷크기와 전송시간

1. 패킷 크기에 따른 전송시간

   각 노드들은 전이중 방식으로 패킷을 전송하기 때문에, 노드가 데이터를 수신 받으면서 동시에 다음 노드로 전송할 수 있다.

   이러한 특징이 패킷크기가 전송시간을 결정하게 한다.

   ex. 40옥텟 (옥텟 = 8bit) 짜리 데이터가 스테이션 → 노드1 → 노드2 → 스테이션으로 전달된다고 하자.

   
   

   • 43옥텟의 패킷 (데이터 40 / 헤더 3)

     총 전송은 3번이므로 \(43 \times 3 = 129\) 옥텟타임이 걸린다.

   • 23옥텟의 패킷 x 2 ( 데이터20 / 헤더3 )

     1번 패킷이 노드1로 전송되고, 노드1에서는 2번 패킷을 수신받으면서 동시에 1번패킷을 노드2로 전송한다.

     따라서 \(23 \times 4 = 92\) 옥텟타임이 걸린다.

     이 때 패킷 수에 따라 걸리는 시간은

     = (마지막 패킷 전 패킷이 1번 노드로 도착할 때 까지의 시간) + (마지막 패킷이 수신지에 전달되는 시간) 이다.

     예를 들어 패킷이 8개고, 패킷이 다음 노드까지 도착하는데 T초가 걸린다면

     마지막 패킷 전 패킷(7번 패킷) 이 노드1에 도착하는데 걸리는 시간 = 7T (1번 T, 2번 T, … 7번T)

     마지막 패킷 ( 8번 패킷 ) 이 목적지에 도착하는데 걸리는 시간 = T’

     해서 총 시간은 7T + T' 만큼 걸린다.

2. 지연

   • 전파지연 : 신호가 한 노드에서 다음 노드로 도달하는데 걸리는 시간
   • 전송시간 : 송신기가 한 블록의 데이터를 보내는 데 걸리는 시간
   • 노드지연 : 한 노드가 데이터를 교환할 떄 필요한 처리를 수행하는데 걸리는 시간 ​

3. 회선교환과 패킷교환의 전송 시간

   1. 회선교환

      전송시간
      = 호 설정시간 ( 호 요청신호 + 전파지연 + 처리지연(목적지 도달) + 호 수락신호(발송지 도달) ) + 전송시간 + 확인응답신호

   2. 가상회선

      전송시간
      = 호 설정시간 ( 호 요청신호 + 전파지연 + 처리지연 + 호 수락신호 + 처리지연 ) + 전송시간 + 확인응답신호(처리지연)

   3. 데이터 그램

      전송시간 = 전송시간

   처리 지연 회선교환의 경우 목적지 → 발송지 로 호 수락신호와 확인응답신호가 올 때는 처리지연이 발생하지 않는다. 하지만 가상회선의 경우 패킷으로 호 설정을 하기 때문에, 목적지 → 발송지로 호 수락 신호와 확인응답 신호가 올 때에도 처리지연이 존재한다.

회선교환과 패킷교환의 비교