[physical Layer] Packet Switched Network

컴퓨터와 컴퓨터가 데이터를 송수신 할 때, 망에 중간노드가 이 프레임(데이터)을 중계하여 목적지에 전달하는 방식을 Switched Network라고 한다. 이 방식에는 중간 노드의 전달 방식에 따라 circuit switching과 packet switching으로 구븐된다. circuit switching은 전화같은 아날로그에서 사용되는 데 이에 대한 내용은 생략한다.

packet switching 방식은 전송할 데이터를 패킷(Packet)이라는 단위로 분할한 후, 필요한 제어 정보(주소, 오류 검출 정보 등)를 붙여서 망에 투입한다. 패킷은 중간노드(라우터)의 메모리에 저장되고, 중간노드는 이 패킷의 목적지 주소를 보고  패킷을 목적지로 전달하기위해 다음 노드로 전달한다.

이 방식은 나중에 도착한 패킷은 먼저 도착한 것들이 다 전달될 때까지 기디리기 때문에 delay가 생길 수 있다. 그래서 N명의 사용자가 데이터를 동시에 보내면 전송률은 1/N이 된다.

Packet Switched Network에는 두 가지 종류가 있다.

1. 발신지에서 목적지까지 정해진 연결이 없이 각 패킷이 독립적으로 전달되는  Datagram Network

2. 패킷이 동일한 경로를 통하여 지나가는 Virtual Circuit Network

1. Datagram Network

Datagram Network는 Internet의 대표적인 네트워킹 방식이다.

이 방식은 전송선 연결을 수행하지 않고 각 데이터에 목적지의 주소 정보를 부착하여 그대로 전송하는 방식이다. 중간 노드(라우터)에 도착하는 각 패킷들은 패킷이 가지고 있는 목적지 주소에 따라 라우터에 의해 독립적으로 전송되어진다. 그래서 목적지에 도착하는 하나의 메세지를 이루는 패킷들은 순서가 맞지 않을 수 있다. 

패킷의 전제 전송 과정에서 패킷 헤더에 있는 목적지 주소는 변하지 않으며 이 주소에 의해 라우팅 테이블을 가지고 있는 라우터가 패킷을 전송(forwarding) 한다.

2. Virtual Circuit Network

각 패킷은 목적지 주소 대신에 virtual-circuit identifier(VCI)를 가지고 있다.  패킷을 전송하기 전에 발신지와 목적지간에 연결을 설립하여 그 연결된 라우터 번호로만 패킷을 전송한다. 여기서 주의할 점은 경로가 고정되어 있는 것은 아니라는 것이다. 라우터의 DI값을 바꾼다면 경로는 바뀐다.  

Virtual Circuit를 설립하는 과정은 다음과 같다. 송신지 노드가 연결을 요구하는 제어 패킷(송/ 수신 노드의 주소정보 포함)을 라우터에 전송한다. 그러면 각 라우터들은 목적지 주소에 따라 virtual circuit 테이블을 완성시키면서 다음 라우터에게 전달한다. 송신지의 패킷을 받은 수신지 노드는 연결 응답을 송신지에 돌려준다. 이러한 과정에 따라 각 경로 상의 라우터들은 논리적인 가상 회선 테이블을 완성한다. 

이렇게 가상 회선 테이블을 완성한 후에는 송신자는 자신에게 할당된 VCI값에 의해 데이터 전송을 한다. 그래서 주소 정보대신 VCI 값만을 가지게 된다. 

Chapter 8

P8-1 Transmission of information in any network involves end-to-end addressing and sometimes local addressing (such as VCI). Table 8.1 shows the types of networks and the addressing mechanism used in each of them.

Network	Setup	Data Transfer	Teardown
Circuit-switched	End-to-end		End-to-end
Datagram		End-to-end
Virtual-circuit	End-to-end	Local	End-to-end

Answer the following questions:

a. Why does a circuit-switched network need end-to-end addressing during the setup and teardown phases? Why are no addresses needed during the data transfer phase for this type of network?

circuit-switched network에서 시작과 끝에 end-to-end addressing을 하는 이 유는 전체 데이터 전송동안의 연결을 만들기 위해서이다. 연결이 만들어 지고 난 다음에는 이미 예약된 자원을 통해 전송되어진다. 스위치는 전체 전송 기간동안에 연결된 상태를 유 지한다. 그래서 더 이상의 adressing은 필요하지 않다.

 

b. Why does a datagram network need only end-to-end addressing during the data transfer phase. but no addressing during the setup and teardown phases?

데이터그램 네트웍에서는 각각의 패킷은 독립적이다. 패킷의 라우팅은 개개의 패킷으로 정 해지기 때문에 각 패킷은 end-to-end address가 필요하다. 데이터그램 네트웍에서는 시작과 끝 기간이 필요없다.

 

c. Why does a virtual-circuit network need addresses during all three phases?

스위칭 테이블에 적합한 경로를 만들기 위해서이다.

 

P8-9 A path in a digital circuit-switched network has a data rate of 1 Mbps. The exchange of 1000 bits is required for the setup and teardown phases. The distance between two parties is 5000 km. Answer the following questions if the propagation speed is 2*10^8m:

우리는 설정 기간은 두 방식 통신으로, 연결 끊기 기간은 한 방식 통신으로 가정한다. 이 두 기간들을 모든 세 경우에 일반적이기 때문이다. 이 두 기간에 대한 딜레이는 세 지연 시간과 세 전송 시간으로 계산할 수 있다.

3[(5000km)/(2*10^8 m/s)] + 3[(1000bits/1Mbps)] = 75ms + 3ms =78ms

 

a. What is the total delay if 1000 bits of data are exchanged during the data transfer phase?

데이터 전송은 한 방향으로 가정하자. 그러면 전체 딜레이는 설정+연결끊기 기간+ 지연 시간+ 전송시간이다.

78+25+1=104ms

 

b. What is the total delay if 100,000 bits of data are exchanged during the data transfer phase?

78+25+100+203ms

 

c. What is the total delay if 1,000,000 bits of data are exchanged during the data transfer phase?

78+25+1000=1103ms

 

d. Find the delay per 1000 bits of data for each of the above cases and compare them. What can you infer?

a. 104ms

b. 203ms/100 = 2.3ms

c. 1103ms/1000 = 1.103ms

데이터를 연결 후 한 번에 많이 보낼수록 이득이다.