Young-Tae Han {han0tae@gmail.com} 회선교환 Young-Tae Han {han0tae@gmail.com}

교환 교환(Switching) 다중 장치가 있을 때, 각각의 장치를 어떻게 1 대 1 로 연결할 것인가? Mesh? 의사 및 데이터 정보를 주고받는 두 사람 또는 그 이상의 대상자 사이의 전송 경로를 형성하기 위하 여 스위치 회로망의 입선에서 오는 접속 요구를 검 출하고 출선을 선택하여 입선-출선 간의 경로를 설 정한 다음 입선-출선 상태의 감시, 절단, 요금 부과 등을 하는 일련의 동작

교환기 상호 연결된 노드의 열들로 구성 둘 이상의 장치 사이의 임시적인 연결을 만들 수 있는 H/W 또는 S/W 장치

교환네트워크 종류 회선교환(Circuit switching) 패킷교환 (Packet switching) 메시지교환 (Message switching)

회선교환 회선교환 네트워크는 n개 채널로 나누는 각개 물리 링크들로 연결되어진 교환기의 집합

회선 교환 특징 전통적인 전화 네트워크에서의 물리층에서 사 용 자원예약이 필요 주소지정은 별도로 존재하지 않음 회선이 전용으로 사용되기 때문에 비효율적 데이터가 전송되는 도중에 지연은 발생하지 않 음

회선 교환 절차 설정 데이터 전송 해제 교환기 사이에 전용 회선을 만드는 것 단말 사이에 데이터를 주고 받음 두 단말사이의 필요한 자원 할당 연결 해제시까지 전용적으로 할당 데이터 전송 단말 사이에 데이터를 주고 받음 해제 통신 완료시 할당된 자원을 환복하고 연결 종료

회선 교환 네트워크의 지연

데이터크램 네트워크 정보의 단위인 메시지가 일정 크기로 나누어져 전송 자원 예약이 없으며 필요에 따라 자동 할당됨 정보의 단위인 메시지가 일정 크기로 나누어져 전송 자원 예약이 없으며 필요에 따라 자동 할당됨 무연결 네트워크 (connectionless)라고 함 각 패킷 별로 전송하는 경로가 달라질 수 있음

데이터 그램 네트워크의 특징 데이터 그램 네트워크의 교환기는 목적지 주소 에 기반하는 경로 표가 존자 데이터 그램 네트워크의 헤더에 있는 목적지 주 소는 패킷이 전송되는 내내 일정하게 유지 인터넷에서의 교환 방식은 데이터 그램 방식임

데이터그램 네트워크 개의 교환기(라우터)를 이용한 데이터그램 망 각 패킷(데이터그램)은 다른 패킷과 무관하게 취급 네트워크 층에서 이루어짐

데이터그램 네트워크 지연 Total delay = 3T(전송 시간) + 3 π(전파 지연 시간) + W1 + W2(대기 시간)

가상회선 네트워크 회선교환방식과 패킷교환 방식의 장점을 모아 서 만든 방식 연결 회선의 결정 절차는 회선교환방식과 동일 하며 물리적인 회선이 아닌 논리적인 회선이기 때문에 가상 회선이라고 함

가상회선 네트워크 특성 회선 교환 네트워크처럼 설정 및 해체 단계가 있다 회선 교환처럼 자원이 설정 단계에서 할당될 수도 있고, 필요에 따라 할당될 수도 있다 데이터 그램 네트워크처럼 데이터는 패킷으로 전송되며, 각 패킷은 헤더에 주소를 담는다 회선 교환처럼 연결이 설정되고 나면 패킷은 같은 경로를 따라 전송된다 가상회선 네트워크는 보통 데이터 링크층에서 구현된다

가상회선 네트워크 주소 지정 전역주소(Global address) 네트워크 전체에서 통용되는 주소 가상회선 식별자(VCI, Virtual Circuit Identifier) 교환기에서 사용되는 주소로 프레임에서 사용

가상회선 네트워크의 교환기와 표 데이터를 전송하기 위해 가상회선 방식은 교환 테이블을 필요로 함 발신지와 목적지 포트, VCI

가상회선 네트워크 연결설정 가상회선 네트워크에서 발신지-대-목적지 데이 터 전송

가상회선 네트워크 연결설정 가상회선 네트워크에서 설정 요청

가상회선 네트워크 연결설정 가상회선 네트워크에서 설정 확인 응답

가상회선 네트워크 지연 가상회선 네트워크에서의 지연 Total delay = 3T + 3π + setup delay + teardown delay

메시지 교환 송수신측 간에 전용 회선이 제공되지 않음 전송하고자 하는 내용이 하나의 메시지 형태로 구성되도록 전송 전송하고자 하는 내용이 하나의 메시지 형태로 구성되도록 전송 각 메시지는 항상 송수신측 주소가 포함되며 각 교환기는 메시지의 수신측 주소를 보고 적절할 출력 포트를 선정 데이터 전송 동안 각 교환기에서는 전송 지연이 발생 사용량에 따라 요금이 부과

회선교환 공간-분할(Space-Division) 교환 Crossbar 교환 회선에서 경로는 다른 것들과 공간적으로 분리(crossbar switch) Crossbar 교환 각 교차점상의 전기 마이크로 스위치(transistor)를 이용하여, 격자 내에서 n 입력과 m 출력을 연결

공간분할 (Space Division)교환 회선상의 경로를 공간적으로 분리 종류 크로스바 교환기 다단 교환기

Crossbar 교환 격자형태로 n개의 입력과 m개의 출력을 연결 각 격자점(crosspoint)에는 전기적인 마이크로스위 치가 존재 3개의 입력과 4개의 출력을 갖는 크로스바 교 환기(Crossbar switch)

다단교환기 계층적 구조를 가짐 격자점을 줄위기 위해 사용 N /n(nk) k(N/n)2 N /n(nk) 2kN + k(N/n)2

예제 200x200 교환기를 설계하라 크로스바 교환기 : 40,000의 격자점 다단계 K=4, n=20일 경우 격자점 :2,000

크로스 조건 According to the Clos criterion: n = (N/2)1/2 k > 2n – 1 다단계 교환기에서 차단을 일으키지 않는 조건 According to the Clos criterion: n = (N/2)1/2 k > 2n – 1 Crosspoints ≥ 4N [(2N)1/2 – 1]

시분할 (Time Division)교환 TDM(Time-division multiplexing)과 TSI(Time-Slot Interchange)을 이용해 확립 TSI : 요구되는 연결상에 기반으로 한 슬롯의 번 호를 변경

TSI (Time-Slot Interchange)

시간-공간-시간 교환기 공간분할 교환 시분할교환 동시에 교환가능, blocking을 줄위기 위해 많은 crosspoint가 필요 시분할교환 Crosspoint 불필요, TSI 처리시 지연 발생

패킷 교환기 구조 구성 요소 : 입력 포트, 출력포트, 라우팅 처리기, 교환회로

패킷 교환기 입력포트 패킷 교환의 물리 및 데이터 링크층 기능을 수행 출력포트 입력 포트와 같은 기능을 반대 순서로 수행

반얀 교환기 Crossbar 교환기보다 진보된 형태로 대표적인 라우터 스위치 각각의 스위치가 독립되어 있어 확장이 용이함 (N/2) log2N

반얀 교환기 반얀 교환기(Banyan switch)의 경로 지정 예

뱃처 반얀 교환기 두 개의 패킷이 동일한 출력 포트로 향하지 않는 경우 발 생할수 있는 내부 충돌을 막기 위해 개발 Trap module : 동시에 같은 목적지로 가는 패킷전송을 방 지

요약

교환기 역사 자석식 교환기 세계 최초의 교환기는 1878년 미국의 코네티컷 주 에 설치되었으며, 21 가입자를 수용. 1902년 서울 인천사이에 通信院에서 경영하 는 전화가 개통. 당시에는 자석식 100회선 단 식교환기와 소형 벽걸이형의 2종류를 사용.

교환기 역사(cont’d) 공전식 교환기 자석식 교환기에서 가입자가 개별적으로 비 치하던 축전지를 없애고, 교환국에 집중시켜 모든 가입자가 필요로 하는 전원을 교환국에 서 공급하는 방식으로 개발된 교환기. 경성우편국에서 1908년 6월 교환대 4대 규모 로 최초 개통. 번거롭게 교환원의 손을 일일이 거쳐야 하는 문제점을 여전히 안고 있음.

교환기 역사(cont’d) 자동식 교환기 1889년 미국의 A.B. Strowger에 의해 최초로 발명. 1903년에는 10,000 가입자 용량의 스트로져 교환기가 실용화. 나진우편국의 교환기로 400회선 규모였다. 1935년 3월에 일제가 대륙침략을 위한 군사 적 요충지인 나진항에 국내 최초의 자동식 교 환기(Siemens Halske) 를 설치. 1959년 새로운 방식의 자동식교환기 도입을 위한 국제입찰에서 독일 지멘스의 EMD 교환 기가 낙찰.

교환기 역사(cont’d) 반전자 교환기 트랜지스터의 발명과 컴퓨터의 등장은 교환 기개발에 혁신적인 요소로 작용. 1966년 미국에서 아날로그 통화계를 컴퓨터 에 축적된 프로그램이 제어하는 반전자교환 기 NO.1 ESS가 실용화. EMD와 ST방식의 자동식 교환시설로는 수요를 충족시길 수 없게 되어 국내에서도 반전자교 환기를 도입하게 됨. 1979년 12월에 벨기에의 M10CN 2만 회선이 영동. 당산전화국에서 각각 개통. 경쟁체제를 구축하기 위해 제2기종을 도입하 기로 하고 미국의 NO.1A ESS가 결정.

교환기 역사(cont’d) 전전자 교환기 통화로 계의 디지털화로서 프랑스에서 1970년에 세계최초로 E-10 교환기 개발. 미국에서도 시내교환기용 전전자 교환기와 대형 시외교환기인 N0.4 ESS를 1976년 실용 화.

교환기 역사(cont’d) 우리나라의 전전자 교환기 1976년부터 국산 전전자교환기의 개발에 대한 논의가 시작. 1982년 7월 용인군 송정 우체국에 362가입자를 수용하여 시험운용하면서 이름을 TDX-1X로 결정. 1만회선 용량의 TDX-1을 개발하여 1984년 서대전 전화국과 유성분국에서 인증시험을 실시하여 상용화에 문제가 없음 을 확인. 이후 농어촌용인 TDX-1A(1988년), 중소도시형인 TDX- 1B(1989년), 대도시용인 TDX-10(1991년)이 연속해서 개발. TDX 교환기는 현재 전체 교환시설 중 차지하는 비중이 50% 에 육박. 1999년에는 차세대 주력기종으로 사용하게 될 TDX-100 교 환기 개발. 서울 가좌 전화국에서 처음으로 개통. 유선교환기·무선교환기·ISDN용 교환기 등의 기능을 하나로 통합. 일반 가입자 20만명, 개인 휴대통신 등의 이동통신가입자 50만명 등 최대 70만명.