[네트워크] 패킷 교환망 네트워크의 평가

1. 네트워크 전달 방식에 따른 분류

네트워크의 분류 방법에는 여러 기준이 있다. 전달 거리와 범위를 기준으로 LAN, MAN, WAN으로 구별하거나, 네트워크의 토폴로지(toplogy)에 따라 star, bus, ring, mesh 등으로 나누기도 한다. 하지만 여기서는 네트워크의 전달 방식에 따라 분류해보고자 한다.

이 기준에 따르면 네트워크는 먼저 특정 목적지 노드가 아닌 모든 노드에게 데이터를 전달하는 방송망(Broadcast Network)와 중계기 역할을 하는 중간 노드가 목적지 노드까지 프레임을 전달하는 교환망(Switched Network)로 나뉜다. 이 교환망은 다시 회선 교환망(Circuit Switched Network)과 패킷 교환망(Packet Switched Network)으로 갈라진다. 회선 교환망은 유선 전화기가 그 대표적인 예로, Switch가 중간 노드 역할을 하며 회선 설립-데이터 전송-회선 해제 단계를 거친다. 이런 아날로그 데이터 전송과 달리, 인터넷은 실시간성보다는 신뢰성과 처리율이 더 중요하다. 그렇게 고안된 것이 패킷 교환망 방식이다. 본 보고서에서는 패킷 교환망과 이의 세부 분류의 장단점에 대해 알아보고, 평가 기준에 따라 어느 것이 더 우수한지 분석해보고자 한다.

 

1.1 패킷 교환망(Packet Switched Network)

데이터를 패킷 단위로 분할한 후, 각 패킷에 제어 정보를 붙여 전송한다. 중간노드는 라우터(Router)나 게이트웨이(Gateway)로 구성된다. 이들은 패킷의 주소를 보고 라우팅 계산을 수행한 후 포워딩(forwarding)한다. 위에서 말했듯이 패킷 교환망에서는 데이터의 특성 상 회선을 분리하지 않는다. 이렇게 전화망에 비해 더 작은 대역폭을 씀으로써 순간적으로 폭등(busrst)하는 노드의 트래픽을 수용할 수 있다. 또한 처리 속도가 다른 기기 간에도 통신이 가능하다. 하지만 회선이 적어 대기시간이 길어질 수 있다. 즉 버퍼링에 의한 지연이 커질 수 있다는 것이다.  이러한 패킷 교환망에는 가상 회선망(Virtual Circuit Network)와 데이터그램망(Datagram Network)가 있다.

 

1.2 가상 회선망(Virtual Circuit Network)

회선 교환망처럼 회선 설립-데이터 전송-회선 해제 단계를 거치는데, 차이점은 이 회선이 가상이라는 것이다.  송신지 노드는 회선 연결을 요청하는 제어 패킷을 전송한다. 라우터는 이 패킷의 목적지 주소를 보고 라우팅 계산을 수행해 적절한 경로를 찾아 가상 회선 테이블에 저장한 후 포워딩한다. 마지막 노드가 패킷을 전달받으면, 다시 확인 응답 패킷을 송신지에 보낸다. 이때 자신의 가상 회선 레이블(VC Lable, 또는 ID)을 알려줌으로써 테이블이 모두 완성된다. 이후 데이터 전송 단계에서는 주소 정보 대신 테이블의 레이블 값을 통해 포워딩을 수행한다. 회선 해제는 해제 요청과 응답패킷으로 가상 회선 테이블에서 관련된 엔트리들을 모두 삭제하면서 종료된다.

가상 회선망은 만들어둔 테이블을 통해 포워딩 작업만 하면 되므로 빠르고 안정적이다.  하지만 경로 상의 노드 중 하나라도 문제가 생기면 시스템 전체에 문제가 생기기 때문에, 단기간에 여러 메시지를 보내야 할 때 사용하는 것이 적합하다.

 

1.3 데이터그램망(Datagram Network)

데이터그램망은 가상 회선망처럼 단계가 존재하지 않고, 각 패킷에 주소를 붙여 개별적으로 전송하는 방식이다. 라우터들은 이 패킷들의 관계를 알 수 없고, 상황에 따라 적절한 경로로 패킷을 보낸다. 따라서 패킷의 경로나 출발 순서와 도착 순서는 모두 달라질 수 있다.

데이터그램망은 네트워크 경로상의 한 노드에 오류가 생기거나, 기타 다른 문제가 생겨도 경로를 바꾸어 전송하면 되므로 신뢰성이 높다. 

2. 평가

2.1 라우팅 계산 횟수

가상 회선망은 회선 설립 단계에서 단 한 번 라우팅이 수행된다. 네트워크 규모에 따라 포워딩은 많아 질 수 있어도, 라우팅 테이블을 만드는 연산은 1번만 일어난다. 반면 데이터그램망은 각 패킷에 대해 개별적으로 라우팅 계산이 필요하다. 따라서 라우팅 계산 횟수에 따른 오버헤드가 가상 회선망에 비해 더 일어나기 쉽다.

 

2.2 망 차원의 오류제어

전송계층의 오류제어란 데이터의 손실이나 변형에 대해 복구를 수행하는 기능이다. 하지만 데이터그램망에서는 오류제어를 지원하지 않아 패킷을 그냥 삭제한다. 이와 다르게 가상회선망에서는 Switch에서 오류지원을 지원해주기 때문에 데이터그램망에 비해 오류 발생율이 적다. 

 

2.3 네트워크 동적 상태 변화에 대한 대처

가상 회선 설립 단계에서 정해진 경로상의 노드 중 하나라도 문제가 생기면 치명적인 가상 회선망과 달리, 데이터그램망은 문제가 있는 노드를 피해 패킷을 전송하면 된다. 각 패킷마다 개별적으로 라우팅 계산을 하기 때문에, 갑작스런 상태 변화에 대한 대처에는 데이터그램망이 더 우수하다. 

 

2.4 여러 패킷의 긴 메시지 전달 vs 하나의 패킷의 짧은 메시지 전달

가상 회선망의 장점은 정해진 경로를 따라 단시간에 많은 패킷을 전송할 수 있다는 것이다. 데이터그램망은 개별 패킷에 대해 그 순간의 최적 경로로 라우팅을 하므로 상대적으로 더 작은 양의 패킷을 전송하는데 강하다고 볼 수 있다. 따라서 여러 패킷의 메시지 전달에는 가상 회선망이, 패킷 하나의 메시지 전달에는 데이터그램망이 우수하다.