Chapter 09. WAN 기술과 프로토콜

 
 

• Switching Nodes (스위칭 노드)
  • 네트워크 내에서 데이터를 노드 간에 이동시키는 스위칭 기능을 제공하는 장치.
  • 데이터가 목적지로 라우팅되는 과정에서 중요한 역할을 함
• Stations (스테이션)
  • 네트워크에 연결된 장치로, 컴퓨터, 터미널, 전화기 등 다양한 통신 장치를 포함.
  • 데이터 송수신의 출발점 및 종착점 역할
• Nodes (노드)
  • 통신을 제공하기 위한 스위칭 장치
  • 데이터를 처리하고 다른 노드 또는 목적지로 전달하는 중간 장치
• Communications Network (통신 네트워크)
  • 여러 노드의 집합으로 이루어진 네트워크
  • 데이터 전송을 위한 전체적인 구조를 의미
• Switched Communication Network (스위칭 통신 네트워크)
  • 스테이션에서 네트워크로 들어온 데이터가 노드에서 노드로 스위칭되어 최종 목적지에 전달되는 네트워크
  • 효율적인 데이터 전송 및 라우팅을 위한 기본적인 통신 방식

Circuit Switching (회선 교환)

2개의 스테이션 간의 전용 경로를 사용하여 데이터를 교환하는 방식으로, 연결이 지속되는 동안 채널 용량이 전용으로 할당이 되기에 데이터가 없을 경우에 용량이 낭비되는 단점이 존재하고, 연결을 설정하는데 시간이 어느 정도 소요되며 연결이 완료되면 데이터 전송은 투명하게 이루어짐

[3 가지 단계로 구성]

1. Establish (설정) : 통신을 시작하기 위해 전용 경로를 설정하는 단계
2. Transfer (전송) : 설정된 경로를 통해 데이터를 전송하는 단계
3. Disconnect (해제) : 데이터 전송이 완료된 후 경로를 해제하고 자원을 반환하는 단계

Circuit-Switching Technology

• 음성 트래픽을 처리하는 애플리케이션에 의해 발전됨
• 핵심 요구사항: 전송 지연이 없어야 하고, 지연 변동도 없어야 함
• 음성 신호를 아날로그 방식으로 전송할 때 효율적, 디지털 방식 전송에서는 비효율적임
• 투명성: 회선이 설정되면 직접 연결된 것처럼 작동하며, 추가적인 특별한 논리가 필요하지 않음

회선 교환 개념(Circuit-Switching Concepts)

1. Digital switch (디지털 스위치)
   • 투명한 신호 경로를 제공
   • 전이중(Full-Duplex) 전송을 허용해야 함
2. Network interface (네트워크 인터페이스) : 디지털 장치를 연결하는 데 필요한 기능 및 하드웨어를 제공
3. Control unit (제어 장치) : 연결을 설정, 유지, 종료하는 역할을 수행

{Blocking or Non-blocking}

Blocking Network (차단형 네트워크)

• 모든 경로가 사용 중일 경우 스테이션 연결이 불가능할 수 있음
• 음성 시스템에서 사용됨, 전화 통화가 짧은 시간 동안 이루어지고, 전화기의 일부만 동시에 사용된다고 예상되기 때문

Non-blocking Network (비차단형 네트워크)

• 모든 스테이션이 동시에 연결될 수 있음
• 호출된 대상이 자유로 있을 경우, 가능한 모든 연결 요청을 허용
• 데이터 연결을 사용할 때, 단말기가 오랜 시간 동안 계속 연결될 수 있으므로 비차단형 구성이 필요함

Space Division Switching (공간 분할 스위칭)

• 신호 경로는 서로 물리적으로 분리되어 있습니다.
• 각 경로는 신호 전송 전용으로 할당됩니다.
• 스위치의 기본 구성 요소는 금속 크로스포인트 또는반도체 게이트입니다.

Time Division Switching (시간 분할 스위칭)

• 디지털 시간 분할 기법을 사용하여 가상 회로를 설정하고 유지합니다.
• 저속 비트 스트림을 나누어 고속 스트림에서 공유하도록 분할합니다.
• 각 조각은 제어 논리에 의해 조작되어 입력에서 출력으로 흐르도록 처리됩니다.

Packet Switching (패킷 스위칭)

• 데이터는 작은 패킷으로 전송되며, 패킷에는 사용자 데이터와 제어 정보가 포함됩니다.
• 사용자 데이터는 더 큰 메시지의 일부일 수 있습니다.
• 제어 정보에는 라우팅(주소 지정) 정보가 포함됩니다.
• 패킷은 수신된 후 잠시 저장(버퍼링)되며, 다음 노드로 전달됩니다.

Advantages

라인 효율성(Line Efficiency) : 

• 단일 링크는 여러 패킷이 시간에 따라 공유합니다.
• 패킷은 대기열에 저장되고 가능한 한 빨리 전송됩니다.

데이터 전송 속도 변환:

• 각 스테이션은 자신의 속도로 로컬 노드에 연결됩니다.
• 속도 차이를 맞추기 위해 노드는 데이터를 버퍼링할 수 있습니다.
• 네트워크가 바쁠 때에도 패킷은 받아들여짐
• 우선순위를 설정하여 패킷의 전송 순서를 결정할 수 있습니다.

스위칭 기법(Switching Techniques)

• 스테이션은 긴 메시지를 패킷으로 나눕니다.
• 패킷은 하나씩 네트워크로 전송됩니다.

패킷은 2 가지 방식으로 처리될 수 있습니다:

1. 데이터그램(Datagram) : 각 패킷은 이전 패킷과 관계없이 독립적으로 처리됩니다.
2. 가상 회선(Virtual circuit) : 모든 패킷이 전송되기 전에 미리 계획된 경로가 설정됩니다.

Virtual Circuits vs Datagram

가상 회선(Virtual Circuits)

• 네트워크는 순서 지정과 오류 제어를 제공할 수 있습니다.
• 패킷이 더 빠르게 전송됩니다. 
• 덜 신뢰성 있음

데이터그램(Datagram)

• 통화 설정(call setup) 단계가 없습니다. 따라서 한 스테이션이 하나 또는 몇 개의 패킷만 보내려는 경우, 데이터그램 방식이 더 빠릅니다.
• 더 유연함 /  예를 들어, 네트워크의 한 부분에 혼잡이 발생하면, 들어오는 데이터그램은 혼잡을 피하도록 경로를 변경할 수 있습니다. 반면, 가상 회선에서는 패킷이 미리 정의된 경로를 따르므로, 네트워크가 혼잡에 적응하기 더 어려워집니다.
• 더 신뢰성 있음

 External Network Interface

• 호스트와 패킷 교환 네트워크 간의 인터페이스를 위한 ITU-T 표준
• 패킷 교환 네트워크와 ISDN에서의 패킷 교환에서 거의 보편적으로 사용됨
• 3 가지 계층을 정의함:
  • 물리 계층(Physical)
  • 링크 계층(Link)
  • 패킷 계층(Packet)

 

• 회선 교환은 안정적이고 연속적인 연결을 제공하지만, 대역폭 낭비가 발생하고 유연성이 떨어질 수 있습니다.
• 데이터그램은 유연성이 뛰어나며, 빠른 전송이 가능하지만, 패킷 순서 보장이 없고 패킷 손실에 대한 처리 문제가 존재합니다.
• 가상 회선은 신뢰성을 보장하고 패킷 순서가 보장되지만, 콜 설정 지연과 경로 변경의 제한으로 인해 유연성이 떨어지고, 전송 지연이 발생할 수 있습니다.

ATM(Asynchronous Transfer Mode, 비동기 송신 모드)

작고 고정 길이의 패킷인 셀(cell)을 사용하는 스위칭 및 다중화 기술

• 고정 크기 패킷을 사용함으로써 기능이 효율적으로 수행되고, 지연 변동이 적어집니다.
• 작은 셀 크기는 지연에 민감한 상호작용 음성 서비스를 지원하며, 작은 패킷화 지연을 제공합니다.
• 이 기술은 회선 교환 네트워크의 성능과 패킷 교환 네트워크의 유연성 및 효율성을 결합하여 제공하도록 설계되었습니다.
• 광역 네트워크(WAN)을 구현하는 데 통신 사업자들이 일반적으로 사용합니다.
• 많은 DSL 구현에서 사용됩니다.
• 다수의 IP 네트워크에서 백본 네트워크 기술로 사용됩니다.

Virtual Channel Connection (VCC)

• TM 네트워크에서 스위칭의 기본 단위입니다.
• 두 최종 사용자 간에 네트워크를 통해 설정되며, 고정 크기 셀의 변동 속도 전이중 흐름이 이 연결을 통해 교환됩니다.
• 이 연결은 사용자-네트워크 교환 및 네트워크-네트워크 교환에도 사용됩니다.

Virtual Path Advantages(가상 경로의 장점)

• 단순화된 네트워크 아키텍처 : 네트워크 전송 기능을 개별 논리적 연결과 연결 그룹으로 분리하여 처리할 수 있습니다.
• 네트워크 성능 및 신뢰성 향상 : 네트워크는 적은 수의 집합체를 처리하므로, 성능과 신뢰성이 향상됩니다.
• 처리 감소 및 빠른 연결 설정 시간 : 가상 경로 연결에서 용량을 예약함으로써, 새로운 가상 채널 연결은 단순한 제어 기능을 통해 설정할 수 있습니다.
• 향상된 네트워크 서비스 : 가상 경로는 내부 네트워크에서 사용되며, 사용자에게도 보이므로, 사용자는 가상 채널 번들의 폐쇄 그룹을 정의할 수 있습니다.

Virtual Channel Characteristics (가상 채널의 특징)

• 서비스 품질(QoS) : 셀 손실 비율과 셀 지연 변동과 같은 매개변수로 지정됩니다.
• 스위치형 및 반영구적 VCCs
  • 스위치형 VCC: 호출 제어 신호를 통해 설정되고 종료되는 요청 기반 연결입니다.
  • 반영구적 VCC: 긴 기간 동안 유지되는 연결로, 구성 또는 네트워크 관리 작업을 통해 설정됩니다.
• 셀 순서 무결성 : VCC 내에서 전송되는 셀의 순서가 유지됩니다.
• 트래픽 매개변수 협상 및 사용 모니터링
  • 트래픽 매개변수는 각 VCC에 대해 사용자와 네트워크 간에 협상가능하며, 협상된 매개변수가 위반되지 않도록 셀의 입력을 모니터링함

Control Signaling

VCCs (가상 채널 연결)

1. 반영구적 VCCs는 사용자 간의 교환에 사용될 수 있음 - 제어 신호가 필요하지 않음.
2. 사전 설정된 호출 제어 신호 채널이 없다면, 하나를 설정해야 함 - 메타 신호 채널이 필요
3. 메타 신호 채널은 사용자와 네트워크 간에 호출 제어 신호를 위한 VCC 설정에 사용될 수 있음 - 사용자-네트워크 신호 가상 채널
4. 메타 신호 채널은 사용자 간 신호 가상 채널을 설정하는 데에도 사용될 수 있음 - 이러한 채널은 사전 설정된 VPC 내에서 설정되어야 합니다.

VPCs (가상 경로 연결)

1. VPC는 사전 합의에 따라 반영구적으로 설정될 수 있음 - 제어 신호가 필요하지 않음.
2. VPC 설정/해제는 고객이 제어할 수 있음 - 고객은 신호 VCC를 사용하여 네트워크에서 VPC를 요청할 수 있음.
3. VPC 설정/해제는 네트워크가 제어할 수 있음
   • 네트워크는 자신의 편의를 위해 VPC를 설정함
   • 경로는 네트워크 간, 사용자-네트워크 간, 또는 사용자 간일 수 있음

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