[네트워크] 회선교환 vs 패킷교환

회선교환 vs 패킷교환 정리

회선교환과 패킷교환은 단말 간 데이터를 어떻게 전달할지 결정하는 대표적인 교환 방식이다.
전화망 같은 전통적인 통신은 회선교환
인터넷은 패킷교환 방식을 기반으로 설계되어 있다.

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I. 교환(Switching)과 두 가지 방식 개요

1. 교환(Switching)이란

• 필요한 순간에만 단말과 단말 사이의 통신 경로를 확보해, 통신망 전체 자원을 효율적으로 사용하는 기술을 말한다.
• 대표적인 교환망
  • 전화 교환망(전통 PSTN)
  • 패킷 교환망(인터넷)
  • 회선 교환망
  • 종합정보통신망 등

데이터 통신 관점에서 주로 이야기하는 것은 다음 세 가지다.

• 회선 교환(Circuit Switching) – 비저장 방식
• 메시지 교환(Message Switching) – 저장 후 전달
• 패킷 교환(Packet Switching) – 저장 후 전달, 패킷 단위

2. 회선교환(Circuit-Switched) 방식

• 송신 단말과 수신 단말 사이에 통신을 시작하기 전에 전용 회선(경로)을 먼저 설정한 뒤,
  그 회선을 통해 계속 데이터를 보내는 방식.
• 통화로의 동작 방식에 따라
  • 공간분할 방식(Space Division)
  • 시분할 방식(Time Division)
    등으로 나뉜다.

3. 패킷교환(Packet-Switched) 방식

• 전송할 정보를 일정한 크기의 패킷(Packet) 단위로 나누고,
  각 패킷에 송수신 주소가 포함된 헤더를 붙여 네트워크로 전송하는 방식.
• 교환기는 패킷의 목적지 주소를 보고, 적절한 다음 노드(라우터)를 선택하여 전달한다.

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II. 회선교환 방식

1. 동작 원리

회선교환은 크게 세 단계로 동작한다.

1. 회선 설정(Call setup)
   • 두 단말 사이에 통신 경로(논리적인 전용 회선)를 먼저 잡는다.
2. 데이터 전송(Data transfer)
   • 회선이 설정된 상태에서 그 경로를 통해 연속적으로 데이터 전송.
3. 회선 해제(Call teardown)
   • 통신이 끝나면 한쪽 단말에서 연결을 끊고, 회선을 해제한다.

특징:

• 통신이 진행되는 동안 해당 회선은 그 두 단말이 독점한다.
• 설정된 회선 위에서는 전송 제어 절차나 데이터 형식에 대한 제약이 상대적으로 적다.

2. 장점

• 통신 경로가 한 번 설정되면 고정되므로, 지연 시간과 품질이 비교적 안정적이다.
• 통화 중에는 트래픽 상황에 따라 경로가 바뀌지 않는다.
• 긴 데이터 전송, 통신 밀도가 높은 연결에 유리하다.
• 대표적인 예: 전통 전화망(PSTN)

3. 단점

• 통신 양단이 동시에 준비되어 있어야 회선을 설정할 수 있다.
• 연결이 유지되는 동안, 실제로 데이터가 오가지 않을 때에도 회선은 다른 사람이 사용할 수 없다
  → 회선 이용률이 낮다.
• 많은 수의 단기·간헐적 트래픽이 발생하는 환경(웹, HTTP 요청 등)에는 비효율적이다.

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III. 패킷교환 방식

1. 동작 원리와 특징

• 네트워크 상에 고정된 전용 경로를 미리 잡지 않는다.
• 송신 측 데이터는 일정 크기로 잘린 패킷 단위로 전송되며, 각 패킷은 독립적으로 라우팅된다.
  • 네트워크 상태(혼잡, 장애 등)에 따라 패킷마다 다른 경로를 통해 목적지에 도착할 수도 있다.
• 같은 물리 회선을 여러 통신이 공유하므로 회선 이용률이 높다.

패킷교환에는 크게 두 가지 모드가 있다.

• 데이터그램 방식 (순수 패킷 기반, 대표적으로 IP)
• 가상 회선 방식 (연결 설정 후 패킷마다 논리 경로 ID 사용)

또한 패킷교환은 내부적으로 경로 설정, 혼잡(트래픽) 제어, 오류 제어 기능을 포함한다.

2. 장점

• 회선을 공유하기 때문에 자원 이용 효율이 높고 경제적이다.
• 네트워크 장애가 생겨도 다른 경로로 우회 가능해 신뢰성이 높다.
• 에러 발생 시 해당 패킷만 재전송하면 되므로 품질 관리에 유리하다.
• 교환기 내부에 저장(버퍼링)을 활용하므로, 포맷 변환 등 부가 처리가 가능하고 다양한 부가 서비스 제공에 적합하다.

3. 단점

• 패킷 단위로 저장·전달하는 구조라, 전송 지연이 발생할 수 있다.
• 패킷 크기 제한이 존재한다.
• 패킷이 서로 다른 경로로 이동하면 도착 순서가 바뀔 수 있어서, 상위 계층에서 재조립·정렬이 필요하다.

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IV. 회선교환 vs 패킷교환 비교

구분	회선교환(Circuit Switching)	패킷교환(Packet Switching)
경로 설정	통신 전에 전용 회선 설정, 통신 중 고정	고정 경로 없음, 패킷마다 경로가 달라질 수 있음
자원 사용 방식	연결된 동안 회선을 독점	여러 통신이 회선을 공유
지연 특성	설정 후에는 지연이 일정하고 안정적	혼잡/라우팅에 따라 변동, 패킷 지연·재전송 발생 가능
효율	데이터가 뜸한 연결에서는 회선 낭비 → 효율 낮음	짧고 많은 트래픽에 적합, 회선 이용률 높음
신뢰성	회선만 살아 있으면 외부 트래픽에 영향 적음	우회 경로 사용 가능, 장애 시 복원력 뛰어남
대표 사용 예	전통 전화망(PSTN), 일부 회선 기반 통신 시스템	인터넷(IP), 대부분의 데이터 통신망

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V. 한 줄로 정리하면

• 회선교환은

  “통화 시작할 때부터 끝날 때까지, 한 줄 전용 회선을 빌려 쓰는 전화 같은 모델”

• 패킷교환은

  “정보를 잘게 나눠서, 우편물처럼 패킷 단위로 네트워크에 흘려보내는 인터넷 모델”이라고 보면 된다.