[Network] 패킷 교환 방식과 회신 교환 방식의 비교

패킷 교환 방식과 화신 교환 방식

 

컴퓨터 네트워크에서 패킷 교환 방식과 회신 교환 빙식을 간략하게 비교하고, 패킷 교환 방식에서 발생하는 딜레이에 대해 포스팅하도록 한다.

 

패킷 교환(Packet Switching)

 

패킷 교환 방식이 가지는 특징은 아래와 같다.

• 접속 가능한 수에 제한을 두지 않는다.
• 패킷은 다수의 라우터를 거쳐간다.
• 송신할 데이터를 packet이라는 단위로 쪼개서 전송한다.
• 우회기능 보유로 신뢰성이 높다.
• 에러 발생시 한 패킷만 복구하면 되므로 고품질이 확보된다.
• 패킷 스위칭의 경우 딜레이가 생길 수 있다.
• 인터넷이 사용하는 방식이다.

 

회선 교환(Circuit Swtiching)

 

회선 교환 방식이 가지는 특징은 아래와 같다.

• 접속 가능한 수에 제한을 둔다.
• 데이터가 호스트에서 목적지로 가는 경로가 단 하나 뿐이다.
• 데이터의 흐름대로 물리적으로 데이터가 빠르게 순차적으로 전송된다.
• 두 호스트간 circuit이 일단 설정되면 해당 circuit을 점유하기 때문에 제 3의 호스트나 데이터가 개입할 수 없다.
• 손실 가능성이 적다.
• 전화망에서 주로 이용된다.

 

패킷 교환 방식의 딜레이

 

패킷 교환에서는 아래 4가지 딜레이가 발생할 수 있다.

1. 노드 처리 지연
2. 큐잉 지연
3. 전송 지연
4. 전파 지연

이 지연들을 모두 합쳐 전체 노드 지연이라고 부른다.

 

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처리 지연(processing delay)

 

패킷에는 헤더의 정보가 담긴다. 해당 헤더를 조사하고 해당 패킷을 어디로 보내야할지 결정하는 시간을 처리지연이라고 한다. 즉 패킷을 검사하는 시간. 일반적으로 매우 짧은 시간이 걸린다. 좋은 라우터를 사용한다면 더 짧은 시간이 걸리게 된다.

비유 : 각 휴게소가 라우터, 도로가 링크라고 할 때, 자동차가 다음 휴게소를 네비게이션을 통해 찾는데 걸리는 시간

 

 

큐잉 지연(queuing delay)

 

각 패킷은 송신자에서 목적지로 이동하는 동안 여러 노드를 통과할때 큐에서 대기하며 큐잉 지연을 겪게 된다. 이는 라우터로 패킷들이 몰릴 경우 라우터가 패킷들을 큐의 형태로 보관하여 차례대로 처리하기 때문이다.

큐잉 지연은 네트워크 혼잡, 패킷 우선순위, 큐 관리 정책 등에 영향을 받게 된다. 만일 큐가 비어있으며 다른 패킷이 전송 중인 상태가 아니라면 패킷의 Queueing delay는 0이 된다. 반면 트래픽이 많으며 다른 패킷들이 전송 대기중이면 딜레이가 무척 길어진다. 이처럼 큐잉 지연은 가변적이러 예측이 어렵다는 특징이 있다.

+) 사용자 트래픽이 너무 몰려 큐의 공간 한계를 넘어설 경우 패킷의 유실이 일어날 수 있다. 인터넷 상에서 발생하는 패킷 유실의 대다수는 큐잉 딜레이에서 발생한다.

+) 이때 TCP의 경우 네트워크 엣지인 송신자(유실된 라우터가 아니다!)가 재전송을 하는 방식으로 유실을 해결하게 된다.

+) 보통 복잡한 동작은 네트워크 엣지에서 한다. 이와 연결된 링크와 각 라우터는 전송의 역할 이외에는 하지 않는다. 따라서 dumb core라고도 부른다.

비유 : 각 휴게소가 라우터, 도로가 링크라고 할 때, 자동차가 휴게소에 들어가기 위해 줄서서 대기하는 시간

 

 

전송 지연(transmission delay)

 

패킷이 큐를 빠자나가 라우터의 output link를 통해 빠져나가기 전까지 발생하는 딜레이이다. 즉 라우터가 패킷을 내보내는데 필요한 시간을 의미한다. 예를 들어 100bit짜리 패킷이 있다고 할 때, 첫 비트가 라우터를 빠져나가는 순간부터, 마지막 100bit가 빠져나가는 데까지 걸리는 시간이다. bandwidth를 늘리면 딜레이를 줄일 수 있다. 즉, 회선을 증설하면 전송 지연 시간이 줄어들게 된다.

비유 : 각 휴게소를 라우터라고 할 때, 한 그룹인 여러대의 자동차중 첫 한 대가 휴게소에 도착한 후, 모든 차량들이 휴게소를 떠날 때까지 걸린 시간

Transmission delay = (Packet Length) / (link bandwidth)

 

 

전파 지연(propagation delay)

 

link를 타고 데이터가 전송될 때, link의 처음부터 라우터까지의 전파에 걸리는 시간. 즉 비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는데 걸리는 시간이다.

비유 : 각 휴게소가 라우터, 도로가 링크라고 할 때, 1번 휴게소에서 출발한 자동차가 도로를 따라 2번 휴게소에 도착하는 데까지 걸린 시간

Propagation delay = (distance) / (Propagation speed)

보통 단순히 길이를 빛의 속도로 나눈 시간이 전파 지연 시간이 된다.