[컴퓨터 네트워크] 05. 회선 교환과 패킷 교환의 장단점

■ 회선 교환과 패킷 교환의 비교

● 서비스 제공자가 선호하는 패킷 교환

 회선 교환과 패킷 교환 중에 어느 방식이 더 나을까? 그것은 누구의 관점이냐에 따라 나뉜다. 인터넷 서비스를 제공하는 사업자 입장이라면 패킷 교환 방식이 더 낫다. 왜냐하면 패킷 교환 방식은 더 많은 사용자를 수용할 수 있기 때문이다.

 그림과 함께 예시를 살펴보자. 우리가 실제 인터넷을 사용할 때 인터넷을 통해 데이터를 주고 받는 시간은 전체 시간에서 많은 비중을 차지하지 않는다. 여기서 데이터를 주고 받는 시간이란 페이지 내 어떤 링크를 클릭하거나 검색창에 어떤 내용을 입력하여 새로운 데이터를 서버로부터 받아오는 시간을 의미한다.

 만약 회선 교환 방식으로 네트워크를 구성할 때, 링크의 capacity(용량)은 1 Mbps이고 한 사용자가 네트워크를 사용할 때는 100 kbps의 transmission rate가 필요하다고 가정해본다. 회선 교환 방식은 한 사용자가 회선을 할당 받으면 그 사용자가 회선을 사용하고 있지 않더라도 다른 사용자에게 회선을 할당할 수 없다. 실제 사용자가 링크를 클릭하고 검색어를 검색하는 시간을 전체 시간의 10% 밖에 되지 않는다고하면 나머지 90%의 시간은 그저 낭비되는 것이다. 결국은 한 사람당 100 kbps를 할당해야하기 때문에 총 수용할 수 있는 사용자는 10명 밖에 되지 않는다.

 반면 패킷 교환 방식을 사용하게 되면 수용 인원을 10명 넘게 할당할 수는 있지만 이 경우 링크 capacity 1 Mbps를 넘어가기 때문에 통신 속도가 느려지는 결과를 낳을 수 있다. 그런데 이 통신 속도가 느려진다고 해도 그 순간이 얼마나 잦을까?

 만약 35명의 사용자가 접속해있다고 가정해본다. 이 인터넷을 사용하는데 각각의 사람들은 전체 사용 시간의 10%만 데이터를 주고 받는데 회선망을 사용한다. 그 상황에서 10명보다 더 많은 사람들이 동시다발적으로 회선망을 사용하는 확률이 얼마나 될 지 따져보자. 이항 분포를 가지고 0명에서 10명까지의 사용자만 회선망을 사용하는 경우를 빼보면 그 이상, 11명에서 35명까지 회선망을 사용할 확률이 나온다. 위의 그림에서 계산을 해보면 백분율로 0.04%가 나온다.

 회선 교환 방식을 사용했을 때의 3.5배나 많은 사용자를 수용하더라도 패킷 교환 방식에서 사용자들이 불편을 느낄 확률은 0.04% 밖에 되지 않는 것이다. 따라서 서비스 제공자 입장에서는 패킷 교환 방식이 효율적으로 느껴진다.

 

● 패킷 교환의 단점 : 지연 시간과 패킷 손실

 그럼 회선 교환 방식은 아예 장점이 없는 것일까? 그렇지 않다. 사용자의 입장에서 회선 교환 방식도 나쁘지 않은 선택지이다. 회선 교환 방식은 서비스의 질을 항상 보장해준다. 항상 사용자가 원하는 최대 용량을 제공해주기 때문에 갑자기 아무리 인터넷을 많이 쓴다고 한들 불편함을 느끼지 않는다.

 반면에 패킷 교환 방식을 지연 시간을 겪을 우려가 있다. 예를 들어 여러 사용자들이 보낸 패킷들이 섞여 있다보니까 이것이 전체 transmission rate를 넘어가는 경우에 지연 시간이 발생할 수 있다. 사용자가 보내는 패킷들은 중간에 라우터에 도착하게 되는데, 라우터는 패킷에 담겨져 있는 주소를 보고 패킷을 어디로 보낼 지 결정해야한다. 그동안 queue에 잠깐 저장되는데 여기서 잠깐 지연 시간이 발생한다. queue의 크기가 무한하지 않기 때문에 중간에 라우터가 저장할 수 있는 용량을 넘어서는 대용량의 데이터들이 몰려들면 지연 시간으로 인해 초과하는 패킷들은 그냥 버려지는 수가 있다. 이것을 패킷 손실이라고 한다.

 

 

 

※ 본 정리 내용은 부산대학교 유영환 교수님의 컴퓨터 네트워킹 수업을 정리한 것입니다.

※※ 강의에 사용된 교재 : [Computer Networking A Top-Down Approach 7th edition / Jim Kurose, Keith Ross]