회선 교환

3. 동작 방식

발신자와 수신자 또는 통신 쌍방이 통신을 시작하기 전에 미리 전용 연결(회선 또는 채널)을 설정해야만 하는 네트워크를 말한다. 통신하는 동안에는 해당 연결이 독점적으로 발신자 및 수신자에 의해서만 사용된다. 통신이 끝났을 때는 반드시 연결을 해제하는 절차가 필요하다.^[1]

초기 전화 시스템이 대표적인 예이다. 전화 가입자는 전화 통화를 위해 교환수에게 이야기하고 싶은 상대방 정보를 말하고, 교환수는 통신 연결을 위한 작업을 수행한 후에야 비로소 전화 가입자 간의 통신이 이루어졌다. 이 때, 교환수가 하는 작업은 물리적으로 전화선을 쌍방간에 연결하여 설정하는 작업이다. 이때, 해당 연결 설정이 해제되지 않는 이상 다른 사람이 현재 통화중인 사람과 통화할 수는 없다. 설사 통화중인 사람이 서로 아무런 이야기를 주고 받지 않더라도 마찬가지이다.^[1]

그 후에 다중 통신 연결을 다중화하는 것이 가능해졌다. 하지만, 다중화된 링크 속의 각각의 채널은 같은 시간에 하나의 통신에만 사용된다.^[1]

이러한 회선 교환 방식은 (일시적이든 아니든) 실제 사용하지 않더라도 연결이 설정되면, 해당 연결에 소모되는 망자원, 정확하게는 중계 노드들의 대역폭을 낭비하게 되므로 비효율적이다.^[1] 회선 교환 네트워크의 전형적인 예는 초기의 아날로그 전화 네트워크이다. 한 전화에서 다른 전화로 전화 통화를 할 때, 전화 교환 내의 스위치는 통화가 지속되는 동안 두 전화 간에 지속적인 유선 회선을 만든다.^[1]

회선 교환 방식에서는 비트 지연이 연결 동안 일정하다(패킷 대기열이 가변적이고 잠재적으로 무한정 긴 패킷 전송 지연을 유발할 수 있는 패킷 교환 방식과 반대).^[1] 회선은 회선이 해제되고 새로운 연결이 설정될 때까지 다른 발신자에 의해 사용되지 않도록 보호되므로 경쟁 사용자에 의해 저하될 수 없다. 실제 통신이 이루어지지 않더라도 채널은 예약된 상태로 유지되며 경쟁 사용자로부터 보호된다.^[1]

회선 교환은 음성 회선을 연결하는 데 일반적으로 사용되지만, 두 통신 당사자 또는 노드 간에 지속되는 전용 경로의 개념은 음성이 아닌 다른 신호 콘텐츠로 확장될 수 있다.^[1] 회선 교환을 사용하면 네트워크 패킷과 관련된 오버헤드 없이 지속적인 전송이 가능하여 해당 통신에 사용 가능한 대역폭을 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다.^[1] 한 가지 단점은 연결에 보장된 사용되지 않은 용량을 동일한 네트워크의 다른 연결에서 사용할 수 없기 때문에 상대적으로 비효율적일 수 있다는 것이다.^[1] 또한 회선이 끊어지면 통화를 설정할 수 없거나 통화가 끊어진다.^[1]

호 설정 및 제어(및 기타 관리 목적)를 위해, 최종 노드에서 네트워크로의 별도 전용 신호 방식 채널을 사용하는 것이 가능합니다.^[1] ISDN은 별도 신호 채널을 사용하는 서비스 중 하나이며, 공중 전화망(POTS)은 그렇지 않다.^[1]

네트워크를 통해 연결을 설정하고 진행 상황을 모니터링하며 종료하는 방법은 별도 채널 신호 방식을 사용할 수도 있다.^[1] 이는 CCS7 패킷 스위칭 신호 프로토콜을 사용하여 통화 설정 및 제어 정보를 통신하고, TDM을 사용하여 실제 회선 데이터를 전송하는 전화 교환기 간의 링크와 같은 경우이다.^[1]

초기 전화 교환기는 회선 교환의 적절한 예시였다.^[1] 가입자는 운영자에게 동일한 교환기 또는 교환기 간 링크 및 다른 운영자를 통해 다른 가입자에게 연결해 달라고 요청했다. 그 결과, 통화가 진행되는 동안 두 가입자의 전화 사이에 물리적인 전기적 연결이 이루어졌다. 연결에 사용된 구리선은, 가입자가 실제로 통화하지 않고 회선이 침묵 상태여도, 동시에 다른 통화를 전달하는 데 사용할 수 없었다.^[1]

4. 다른 통신 방식과의 비교

회선 교환 방식은 연결이 지속적으로 사용되는지 여부에 관계없이 용량이 예약되어 비교적 비효율적이다. 회선 교환은 메시지 교환 및 패킷 교환과 대조된다.^[3]

회선 교환 방식에서는 비트 지연이 연결 동안 일정하다. 이는 패킷 전송 지연이 가변적이고 잠재적으로 길어질 수 있는 패킷 교환 방식과 반대되는 특징이다. 또한, 회선은 해제되고 새로운 연결이 설정될 때까지 다른 발신자에 의해 사용되지 않도록 보호되므로 경쟁 사용자에 의해 통신 품질이 저하될 수 없다. 그러나 실제 통신이 이루어지지 않더라도 채널은 예약된 상태로 유지된다.

회선 교환은 음성 회선을 연결하는 데 일반적으로 사용되지만, 두 통신 당사자 또는 노드 간에 지속되는 전용 경로 개념은 음성이 아닌 다른 신호 콘텐츠로 확장될 수 있다. 회선 교환은 네트워크 패킷과 관련된 오버헤드 없이 지속적인 전송이 가능하여 해당 통신에 사용 가능한 대역폭을 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 연결에 보장된, 사용되지 않은 용량을 동일한 네트워크의 다른 연결에서 사용할 수 없기 때문에 상대적으로 비효율적일 수 있다는 단점도 존재한다. 또한, 회선이 끊어지면 통화를 설정할 수 없거나 통화가 끊어지는 문제도 발생할 수 있다.

4. 1. 메시지 교환

4. 2. 패킷 교환

4. 2. 1. 가상 회선

4. 2. 2. 데이터그램

5. 특징

회선 교환은 발신자와 수신자가 통신하기 전에 전용 연결(회선 또는 채널)을 설정해야 하는 네트워크 방식이다. 이 연결은 통신하는 동안 독점적으로 사용되며, 통신이 끝나면 연결을 해제해야 한다.

초기 전화 시스템이 대표적인 예이다. 전화 가입자는 교환수에게 상대방 정보를 말하고, 교환수는 통신 연결을 설정한 후에야 통신이 가능했다. 이때 연결은 물리적으로 전화선을 연결하는 방식으로 이루어졌으며, 다른 사람은 이 통화에 참여할 수 없었다.

다중화 기술이 발전하면서 여러 통신을 하나의 회선으로 묶는 것이 가능해졌지만, 각 채널은 여전히 한 번에 하나의 통신에만 사용된다. 회선 교환 방식은 연결이 설정되면 해당 연결에 사용되는 망자원과 대역폭을 낭비하여 비효율적이다. 초기 아날로그 전화 네트워크가 대표적인데, 전화 통화를 할 때 전화 교환 내의 스위치가 두 전화 간에 지속적인 유선 회선을 만들어 통화가 유지되었다.

회선 교환 방식은 연결 동안 비트 지연이 일정하지만, 회선이 해제되고 새로운 연결이 설정될 때까지 다른 발신자는 해당 회선을 사용할 수 없다. 또한 실제 통신이 이루어지지 않더라도 채널은 예약된 상태로 유지된다. 음성 회선 연결에 주로 사용되지만, 다른 유형의 데이터 전송에도 사용될 수 있다. 네트워크 패킷 관련 오버헤드 없이 지속적인 전송이 가능하여 대역폭을 최대한 활용할 수 있지만, 연결에 사용되지 않은 용량을 다른 연결에서 사용할 수 없어 비효율적일 수 있다. 또한 회선이 끊어지면 통화가 불가능해진다.

최종 노드에서 네트워크로의 별도 전용 신호 방식 채널을 사용하여 연결 설정, 진행 상황 모니터링, 종료 등을 관리할 수 있다. ISDN은 별도 신호 채널을 사용하는 서비스 중 하나이며, 공중 전화망(POTS)은 그렇지 않다. 별도 채널 신호 방식을 사용하여 네트워크를 통해 연결을 설정하고 관리할 수 있다. 예를 들어, CCS7 패킷 스위칭 신호 프로토콜을 사용하여 통화 설정 및 제어 정보를 통신하고, TDM을 사용하여 실제 회선 데이터를 전송하는 전화 교환기 간의 링크가 있다.

초기 전화 교환기는 회선 교환의 예시였다. 가입자는 운영자에게 연결을 요청하고, 운영자는 통화 동안 두 가입자 사이에 물리적인 전기적 연결을 만들었다. 이 연결에 사용된 구리선은 가입자가 통화하지 않아도 다른 통화에 사용될 수 없었다.

5. 1. 장점

• 회선을 점유하기 때문에 기본적으로 접속 속도나 QoS가 보장되는 개런티형이다.^[1]
• 혼잡 등으로 인한 전송 지연 시간의 변동은 비교적 적거나 없지만, 그 대신 빈 회선 부족으로 인해 접속 불가능한 경우가 있다.^[1]
• 패킷 통신처럼 데이터를 축적하거나, 트래픽, 재전송 등의 패킷 제어가 필요 없어, 그만큼 교환 설비의 기능이 간편하다.^[1]
• 네트워크 패킷과 관련된 오버헤드 없이 지속적인 전송이 가능하여 해당 통신에 사용 가능한 대역폭을 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다.
• 비트 지연이 연결 동안 일정하다.

5. 2. 단점

• 실제 사용하지 않더라도 연결이 설정되면, 해당 연결에 소모되는 망자원, 정확하게는 중계 노드들의 대역폭을 낭비하게 되므로 비효율적이다.
• 연결에 보장된, 사용되지 않은 용량을 동일한 네트워크의 다른 연결에서 사용할 수 없다.
• 회선을 흐르는 데이터량에 관계없이, 여러 단말기에 의한 전송로 등을 공유할 수 없어 이용 효율이 낮다.
• 서로 다른 속도의 단말 장치 간의 통신은 비교적 어렵다.
• 통신 중에는 회선을 점유한 채로 유지하므로, 통신 중 동적인 (전송로 및 교환 설비) 경로 선택은 비교적 어렵다.
• 회선 교환 방식 자체에는 오류를 검출했을 경우 재전송하는 메커니즘이 없다. (별도로 그를 위한 패킷 통신적인 메커니즘을 구현해야 한다. 예: PIAFS)
• 물리적인 전송로를 물리적인 방법으로 교환하는 경우, 교환 설비가 물리적으로 대형화된다. (예: 전화 교환대, 크로스바 전화 교환기)
• 회선이 끊어지면 통화를 설정할 수 없거나 통화가 끊어진다.

6. 회선 교환 네트워크의 예시

초기 전화 시스템은 회선 교환 네트워크의 대표적인 예이다. 전화 가입자는 통화를 위해 교환수에게 상대방 정보를 말하고, 교환수는 연결 작업을 수행한 후에야 통신이 이루어졌다. 교환수의 작업은 물리적으로 전화선을 연결하는 것이었다. 이 연결이 해제되기 전에는 다른 사람이 통화 중인 사람과 통화할 수 없었다. 통화 중인 사람이 아무런 이야기를 주고받지 않더라도 마찬가지였다.

이후 다중 통신 연결을 다중화하는 것이 가능해졌다. 하지만 다중화된 링크 속의 각 채널은 같은 시간에 하나의 통신에만 사용된다.

회선 교환 방식의 예시는 다음과 같다.

• 공중 전화망(PSTN)
• ISDN의 B 채널
• GSM과 같은 셀룰러 시스템의 회선 교환 데이터(CSD) 및 고속 회선 교환 데이터(HSCSD) 서비스
• 데이터키트
• X.21 (독일의 DATEX-L 및 스칸디나비아의 DATEX 회선 교환 데이터 네트워크에서 사용)
• 광 메시 네트워크

참조

_[1] 논문 Circuit switching is coming back? http://link.springer[...] 2015-01-01
_[2] 논문 Packet Communication MIT 1973-05-01 # 날짜 형식 수정
_[3] 서적 Computer networks and their protocols http://archive.org/d[...] Chichester, [Eng.]; New York : Wiley 1979-01-01 # 날짜 형식 수정 및 기본값 설정