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IEEE 802.6

1. 도시 통신망(MAN : Metropolitan Area Network)

도시 통신망의 특징

- IEEE 802.6 표준

- 도시 전체를 대상으로 하는 통신망

ex) 도시나 규모가 큰 대학

- 단일 기업의 LAN이 넓은 지역에 분산되어 있을 때 LAN과 LAN 사이의 고속통신망의 역할

- 근거리통신망(LAN) < 도시통신망(MAN) < 광대역통신망(WAN)

- 데이터, 음성, 화상을 종합적으로 전송하는 통신망으로 50km 정도의 범위까지 가능

- 전송매체는 광섬유 

도시 통신망의 서비스 종류

- 분산 큐 이중버스

- 교환 다중메가비트 데이터 서비스

2. 분산 큐 이중버스(DQDB : Distributed Queue Dual Bus)

특징

- 도시통신망에서 사용되도록 설계된 것으로 이중버스 구조를 사용하여 데이터 전송방향은 서로 다른 단방향으로 전송

- 이중 버스 구조로 구성되며 2개의 단방향 버스 접속형태를 사용

- 2개의 버스는 각각 한방향으로만 전송하며 두 버스의 트래픽 방향은 서로 반대

- 데이터 스트림 방향에는 상향 스트림과 하향 스트림이 존재하며 송신측은 수신측이 하향스트림이 되는 버스를 선택해야 함

- 전송슬롯은 패킷이 아닌 단순한 연속적인 비트 스트림으로 구성

- 상향 스트림에 있는 노드들이 empty slot을 독접하는 것을 방지하기 위하여 슬롯 예약을 사용

데이터 전송

- 데이터는 각 버스에서 53바이트 단위의 스트림으로 전송

- 각 버스의 시작 노드는 데이터를 전송할 "empty slot"을 생성

- 각 버스의 마지막 노드는 목적지까지 전송을 한 slot을 폐기

- 데이터를 보내고자 하는 송신 노드는 수신 노드가 하향 스트림이 되는 버스를 선택하여 전송

3. 교환 다중메가비트 데이터 서비스(SMDS : Switched Multimegabit Data Service)

특징

- 도시 통신망에서 고속통신을 제공하는 서비스

- MAN에 연결되어 있는 LAN 간 고속 데이터 교환을 제공하기 위해 개발

- SMDS 이전에는 LAN 간 데이터 교환을 위해 T1 또는 T3 전용회선 사용

→ 고가의 비용

→ 여러 개의 LAN을 연결하기 위해 많은 점대점 연결 필요

→ 통신망을 100% 사용하지 않기 떄문에 대역폭 낭비

→ 교환회선을 이용한 회선 공유가 유리

- 스위치를 통해 LAN 연결

회선교환기술

1. 교환망

교환기의 발전사

- 수동식 교환기 → 기계식 교환기 → 반전자식 교환기 → 전전자식 교환기

교환망의 목적

- 네트워크 전체 자원을 공유

- 효율적이고 경제적인 통신

교환방식의 종류

- 회선 교환

- 패킷 교환

- 메시지 교환

2. 교환통신망의 구조

교환노드(Switching Node)

- 통신을 제공하기 위한 교환 디바이스

- 데이터의 내용에 관여하지 않음

- 노드로부터 목적지에 도달할 때까지 데이터를 이동시키는 교환 편의를 제공

통신망(Network)

- 노드들의 집합

스테이션(Station)

- 통신하기를 원하는 종단 디바이스

ex) 컴퓨터, 전화, 터미널, 기타 통신기기

3. 회선교환

회선교환(Circuit Switching)

- 데이터를 보내기 전에 송수신측 사이의 통신경로를 미리 확보하는 방식

- 두 스테이션 사이에 하나의 전용 통신로가 있음을 의미하며 각 물리적 링크마다 연결을 위해 한 개의 논리적 채널이 전용으로 사용

회선교환의 통신 절차

- 회선교환은 회선설정을 하여 데이터를 전송하고, 보낸 후에는 설정해 놓은 경로를 모두 해제함

→ 회선을 해제하는 이유는 데이터 전송을 위해 설정한 경로를 풀어주어 다른 사용자가 그 경로를 사용할 수 있도록 하기 위함

- 회선 설정

: 데이터가 전송되기 전에 스테이션간 전용회선이 설정되어야 함

: 연결을 요구하는 요청을 통해 회선을 설정

- 데이터전송

: 전이중 방식으로 데이터를 서로 주고 받는 형식의 연결

- 회선해제

: 전송을 위한 논리적 채널을 해제

회선교환의 장점

- 회선을 마치 전용선처럼 사용하기 때문에 많은 양의 데이터 전송에 적합

- 통신 경로가 일단 설정되면 교환기에서의 처리 지연이 거의 없음

- 사용자에게 시간적으로 투명한 데이터 전송을 제공

- 음성이나 동영상 같이 연속적이면서 실시간 전송이 요구되는 통신에 적합

회선교환의 단점

- 회선의 독점적 사용으로 인한 회선 이용률이 떨어짐

- 통신 경로가 설정되면 데이터를 그대로 전송하기 때문에 교환망 내에서 에러 제어 기능이 어려움

회선 교환의 종류

- 공간 분할 교환

- 시간 분할 교환

회선교환 노드의 요소

- 입력장치

: 전화기, 컴퓨터, 스위칭 노드

- 네트워크 인터페이스

: 디지털 디바이스들을 네트워크에 연결하는데 필요한 함수와 하드웨어를 나타냄

: 디지털신호로 변환시킬 수 있는 회로가 있으면 아날로그 신호도 연결 가능

: 외부 시스템의 연결은 트렁크(Truck)로 가능

: 다른 디지털 교환기로 연결되는 트렁크(Truck)는 시분할 다중화 기법(TDM) 신호 운반

: 다중 노드 네트워크를 구성하기 위한 링크를 제공

- 제어장치

: 발생(요청), 유지, 해제를 수행 및 관리

- 디지털 스위치

: 회선과 회선의 연결을 담당

회선교환 디바이스의 중요한 특성

- 블로킹 회선교환 디바이스

: 두 스테이션 사이의 모든 경로가 사용 중이어서 연결할 수 없으면 Blocking 상태

- 논블로킹 회선교환 디바이스

: 사용 중이 아닌 두 스테이션의 회선이 언제나 연결 가능하면 Non-Blocking 상태 

4. 공간 분할 교환기

공간 분할 교환기(Space Division Switching)

- 회선을 공간적으로 분리

- 원래 아날로그 망에서 사용되었으나 현재는 디지털 방식에서도 사용

ex) 전화 시스템에서 사용

공간 분할 교환기의 종류

- 크로스바 교환기(Crossbar Swiching)

- 다단교환기(Multistage Switch)

크로스바 교환기

- 격자형태로 n개의 입력과 m개의 출력을 연결

- 각 교차점(Crosspoint)에는 전기적인 마이크로 스위치가 존재

- 교차점의수 = (입력 라인의 수)^2

크로스바 교환기의 장점

- 논블로킹 스위치

크로스바 교환기의 단점

- 하나의 교차점이 손실될 경우 해당되는 두 장치 사이의 연결을 차단

- 교차점의 수가 너무 많아짐으로 비용이 높아짐

ex) 1000x1000 스위치인 경우 교차점의 수는 1000000개

- 사용률이 25% 미만이므로 비효율적

크로스바 교환기 단점의 해결책

- 다단교환기는 크로스바 교환기를 여러 단계로 결합할 수 있기 때문에 크로스바 교환기의 단점 극복 가능

다단교환기(Multistage Switch)

- 크로스바 교환기의 단점을 해결하기 위해 크로스바 교환기를 여러 단계로 결합한 형태

- 장치들은 교환기에 연결되고 이 교환기는 차례로 다른 교환기에 계측적으로 연결되어 있음

다단교환기의 장점

- 신뢰성 및 교차점 효율 향상

- 규모가 클수록 유리

- 비용 감소

다단교환기의 단점

- 복잡한 제어체제가 요구됨

- 블로킹 발생 가능성 존재

5. 시분할 교환기

시분할 교환기(Time Division Switching)

- TDM(Time-Division Multiplexing)을 이용하는 기법

- 주로 사용되는 다중화 기법으로는 TSI(Time-Slot Interchange)와 TDM 버스 방식이 있음

* TSI 방식 : 원하는 연결을 바탕으로 TSI 장치를 이용하여 슬롯의 순서를 바꿔줌

- 전화 시스템에서 사용

TSI의 동작과정

- RAM과 제어 장치로 구성

- 슬롯으로부터 들어오는 데이터를 순서대로 RAM에 저장

- 제어장치에 의해 결정된 순서에 따라 출력

TDM 버스

- 입출력 회선은 입출력 스위치를 통해 고속의 버스에 연결

- 각 입력 스위치는 4개의 슬롯 마다 한번 닫히고 같은 슬롯 동안 하나의 출력을 보냄

- 스위치만 닫혀서 버스를 통하여 데이터 전달

6. 공간분할과 시분할교환의 결합

공간분할의 특징

- 교환이 빠름

- 블로킹(Blocking)이 발생하지 않도록 하기 위해 많은 교차점이 요구됨

시분할의 특징

- 교차점이 필요하지 않음

- TSI의 경우 연결 처리하는데 시간 지연이 발생하고 RAM에 의해 저장, 검색, 전달되어야 함

공간/ 시분할 결합

- 공간분할 교환기와 시분할 교환기의 장점을 최대한 활용해서 최적화시킴

물리적인 면 : 교차점의 수

시간적인 면 : 지연 시간

- 형태

시간 - 공간 - 시간 (TST)

시간 - 공간 - 공간 - 시간 (TSST)

공간 - 시간 - 시간 - 공간 (STTS)

7. 공중교환전화망(PSTN : Public Switched Telephone Network)

회선설정

- 가입자는 종단국에 직접 연결하며, 서로 다른 종단국에 연결된 가입자는 트렁크 및 중간 교환국을 이용하여 연결됨

구성요소

- 가입자(Subscriber) : 네트워크에 부착된 디바이스

- 지역 루프(Local Loop) : 가입자와 네트워크 사이의 링크로 트위스트 페어 케이블 사용

- 교환기(Exchanger) : 네트워크에서의 교환 센터로 일반적으로 종단국부터 계층적으로 구성

- 트렁크(Trunk) : 교환기 사이의 전송로로 FDM이나 동기 TDM을 활용

- 음성 트래픽에 대한 핵심요구 사항은 전송지연이 없어야 하며 지연의 변화가 적어야 함

공중교환 전화망의 계층 구조

- 교환기는 네트워크에서의 교환센터로 일반적으로 종단국(End Office)부터, 집중국(Toll Center), 중심국(Primary Center). 구간국(Setional Center), 총괄국(Regional Center)으로 계층적 구성을 이룸

다이얼(Dialing) 방식

- 예전 방식

- 전화번호를 돌리면 번호에 해당하는 디지털 신호가 단국으로 전송

- 일관성이 없는 다이얼링의 경우 오류 발생 가능성 있음

 터치 톤(Touch-Tone) 방식

- 현재 사용하는 방식

- 이중 톤(Dual Tone)이라 불리는 2개의 아날로그 신호를 단국으로 전송

- 보내지는 신호는 전화기 패드 내에 눌려진 번호 위치의 행과 열을 나타냄

- 펄스식 보다 안전

패킷교환과 메시지 교환

1. 패킷교환

패킷교환(Packet Switching)

- 메시지를 패킷(Packet)이라는 데이터 단위로 나누어 주소를 붙여 전송하는 기법

- 축적 - 전달(Store-and-Forward) 방식을 사용

- 패킷은 헤더와 데이터로 구성되며 크기는 가변적

패킷교환의 구성

- 교환기와 이들을 연결하는 링크들로 구성

- 회선 이용률이 좋음

- 전송량 제어와 전송속도 변환 가능

- 전송 오류의 정정할 수 있는 기능 있음

종류

- 데이터그램 접근법

- 가상회선 접근법

→ 교환가상회선

→ 영구가상회선

장점

- 하나의 링크를 공유하므로 경로이용 효율이 높음

- 전송에 실패한 패킷에 대해서 재전송 요구 가능

- 데이터 전송률 변환이 이루어질 수 있기 때문에 서로 다른 전송률을 갖는 스테이션간의 전송 가능

- 통신에 과부하가 발생하면 전송지연이 발생하지만 패킷의 송신은 가능

- 패킷에 대한 우선 순위 부여 가능

단점

- 패킷 전송 지연으로 인해 다량의 데이터 전송에는 부적합

- 패킷 단위로 헤더를 추가하기 떄문에 오버헤드 발생

- 수신지에 도착한 패킷의 순서가 바뀔 수 있기 때문에 실시간 전송에는 부적합

2. 데이터그램 접근방식

특징

- 패킷을 데이터그램(Datagram)이라 부름

- 축적 - 전달(Store-and-Forward) 방식을 사용

- 데이터 경로 설정 방법은 비연결형 서비스 방식

- 메시지를 패킷으로 쪼개어 보낼 때 각 패킷은 노드에서 독립적으로 처리

- 다른 경로로 전송되는 패킷은 수신지에서 순서가 바뀔 수 있기 때문에 수신지는 패킷들의 순서를 정렬하는 기능 필요

장점 

- 몇 개의 패킷으로 구성된 짧은 데이터 전송에 적합

- 네트워크의 혼잡에 따라 적절한 경로로 패킷을 전송하기 때문에 융통성이 좋음

- 한 노드 실패에 대한 다른 경로 구성 가능

단점

- 각 패킷이 전송되는 경로가 서로 다를 수 있으며 목적지 노드에서 입력되는 차례가 다를 수 있음   

3. 가상회선 접근방식

가상회선 접근방식

- 패킷이 전송되기 전에 논리적인 경로를 설정하여 패킷을 전달하는 방식

특징

- 회선 교환에서와 같은 독점적인 통신 경로는 아니지만 패킷 전송을 위해서 설정된 논리적 경로를 의미

- 데이터 경로 설정 방법은 연결형 서비스 방식

- 축적 - 전달(Store-and-Forward) 방식을 사용

- 패킷을 전송하기 전에 송/수신측 사이의 경로를 설정하고, 그 경로를 통해서 패킷을 전송

- 통신과정 : 회선 교환과 동일하게 회선 설정, 데이터 전송, 회선 해제의 3단계 과정으로 이루어짐

- 모든 패킷은 동일한 통신 경로를 통해서 전송

- 고정된 통신 경로를 사용하지만 패킷 단위로 전송하기 때문에 노드 지연 시간이 발생하여 회선교환보다 빠를 수 없음

교환가상회선

- 필요할 때마다 경로를 설정하고 특정기간만 존재하게 되는 방식

교환가상회선 통신과정

1. 가상회선 설립

: 데이터 전송 전에 네트워크에 가상회선 요청하고 상대방으로부터 가상회선 확인 응답을 받으면 송/수신단 사이에 가상회선이 설립

2. 데이터전송

: 전이중 방식으로 데이터를 서로 주고 받는 형식의 연결

3. 가상회선 해제 요청

: 데이터 전송이 종료되면 가상회선 해제를 요청

4. 회선해제

: 회선이 해제되면 지금까지 사용했던 가상회선 자원은 원래대로 복구되어 다른 가상 회선 설립 시 사용할 수 있음

영구가상회선

- 특정 사용자에게 전용으로 제공하여 그 외의 다른 어떤 사용자도 사용할 수 없고 항상 설정되어 있어 원할 때 데이터 전송을 할 수 있는 방법

영구가상회선의 특징

- 회선교환에서의 전용회선과 비교할 수 있음

- 같은 가상회선이 두 사용자 사이에 연속적으로 제공

- 항상 설정 상태이기 때문에 연결설정과 연결종료 없이 사용 가능

- 영구가상회선 사용자는 항상 같은 경로로 데이터 전송

4. 메시지교환

메시지 교환 방식

- 전송하고자 하는 데이터를 일정한 길이로 분할하지 않고 전송하는 것으로 교환기의 메모리를 이용하여 데이터를 축적 후 전송하는 방식

특징

- 1960 ~ 1970년대 널리 사용

- 메시지 단위로 전송 및 교환하는 방식

- 축적 - 전달(Store-and-Forward) 방식을 사용

- 교환기가 일단 송신측의 메시지를 받았다가 수신측에게 보내주는 방식

- 전송 메시지의 길이에 제한이 없음

- 교환기는 송신된 내용을 병경하지 않고, 타인의 통신을 매개하거나 교환하는 방식

- 각 교환기는 긴 메시지를 저장하기 위한 보조기억장치를 구비해야 함

- 메시지의 크기에 따라 대용량의 저장장치 필요

- 메시지의 길이가 길기 때문에 짧은 반응 시간을 요하는 대화형 통신에는 부적합

- 실질적으로 많이 사용하지 않음

장점

- 회선 효율 증대

- 연결 설정 불필요

- 다중 전달 용이

단점

- 메시지의 길이가 길기 때문에 응답시간이 빠른 데이터 전송에는 부적합

- 연결 시 시간지연이 큼

- 음성신호 전송에는 사용 불가

5. 교환방식의 비교

회선교환

- 두 지점 사이에 물리경로를 설정

- 경로설정 시 사용되는 회선은 두 통신기기만 사용이 가능하며 다른 연결에는 사용 불가능

가상회선

- 두 지점 사이에 가상회선 설정

- 경로 설정 시 사용되는 가상회선은 다른 연결과 공유 가능

- 축적 - 전달(Store-and-Forward) 방식을 사용

- 가상 경로를 사용

회선교환연결, 가상회선, 데이터 그램 방식의 비교