교환기술
1. 통신시스템 기반 기술
통신 시스템은 단말기술, 전송기술, 교환기술, 통신망 기술 등 네가지 주요기술을 기반으로 하여 이루어진다. 이중의 어떤 한가지 기술이라도 빠진다면 현대의 통신은 원활히 이루어질 수 없으며 통신의 발달 과정은 결국 이 네가지 기술의 발달 과정의 총합이라 할 수 있다.
첫째, 단말기는 통신 시스템과 사람과의 인터페이스를 담당한다.
어떤 경우에나 통신의 최종 이용자는 사람이다. 따라서 사람에 의해서 생성된 정보가 통신 시스템을 통하여 원격지까지 전달되고 원격지의 사람이 전달된 정보를 받아 들이기 위해서는 사람과 통신 시스템 사이에는 두번의 인터페이스가 필요하고 이두가지 작용, 즉 입력과 출력을 담당하는 인터페이스가 바로 단말이다. 따라서 이와 관련된 일체의 기술이 단말기술이다.
실제의 단말기로는 우리가 매일 사용하는 전화기가 있으며 문자정보를 전달하기 위한 텔렉스 혹은 PC, 그리고 화상정보를 전송하기 위한 팩시밀리, 영상정보를 전송하기 위한 비디오 전화 혹은 비디오 회의 시스템 등이 있다.
그리고 최근의 무선전화기, 무선호출기 등도 통신 단말기의 예가 된다. 단말기는 송신시 원시정보를 전송에 적합한 신호로 변환하는 역할과 수신시 전송정보를 음성, 화상, 영상 등의 원시정보로 역변환하는 역할을 동시에 수행한다. 그리고 변환된 신호의 실제 전송은 전송 시스템에 의해 이루어진다.
둘째, 전송은 한 지점으로부터 다른 하나 이상의 지점으로 신호를 운반하여 주는 기능을 말하며, 전송 시스템은 송신단국이나 수신단국, 그 사이의 매체, 그리고 중간장치로 구성된다. 전송기술은 이와 관련된 일체의 기술을 말한다.
송신단국은 들어온 신호가 매체를 통하여 효과적으로 전송되도록 변환 송출시키고, 수신단국은 변환되어 들어온 신호에서 원래의 신호를 추출해내는 역할을 수행한다.
중간 장치는 신호가 전송되는 동안 매체의 특성 때문에 변형된 신호를 보상하는 역할을 수행한다. 매체로서는 동선(구리선), 동축케이블, 무선, 광섬유 등이 있다. 주요 전송 관련 기술은 다중화기술, PCM전송기술, 광 전송기술 등이 있다.
셋째, 교환은 원하는 통신 상대방을 선택하는 기술이다.
전화 발명의 초창기처럼 통신할 수 있는 사람이 특정인으로 고정되어 있거나 그 수가 한정되어 있는 경우에는 교환기술이 큰 문제가 되지 않았으나 수십 수백만 혹은 수천만의 통신 가입자들이 상호 원하는 통신 상대방을 결정하는 기술은 이제 통신 시스템의 중추적인 역할을 담당하게 되었다.
넷째는 통신망기술이다.
통신망은 일반적으로 지역적으로 분산된 다수의 통신 참여자간을 결합시켜 상호간의 정보전달을 가능하게 하는 전달매체로서 노드(node)와 링크(link)의 집합으로 정의된다.
통신망기술은 망차원에서 망 구조를 어떻게 하고, 어떻게 운영관리할 것인가, 어떤 서비스를 제공할 것인가 등을 종합하는 기술로 볼 수 있다.
예를 들어 디지탈 기술의 발전과 함께 등장한 IDN(Integrated Digital Network), 더욱 발전된 형태인 ISDN(Integrated Service Digital Network), 이어서 등장한 B-ISDN(Broadband ISDN), 공통선 신호방식 (Common Channel Signaling), TMN(Telecommunications Management Network), 데이터 통신의 형태를 갖는 근거리통신망(Local Area Network), 부가가치망 (Value Added Network), 그리고 최근 관심의 대상이 되고 있는 지능망(Intelligent Network)등도 모두 통신망 기술에 속한다.
어떻게 보면 통신에 컴퓨터가 도입되기 시작하면서 통신중인 메세지의 소프트웨어적인 처리가 가능해지고 이를 어떻게 더 조직적이고 효율적으로 행할 것인가에 관한 기술이 통신망 기술이라고 볼 수 있다. 따라서 많은 부분들이 소프트웨어적인 표준안들과 일정한 연관을 갖는다.
2. 교환방식의 발전과정
지금까지 통신 시스템의 네가지 핵심 기술이 있음을 알았는데 이제부터는 세번째 소개된 교환 기술에 대하여 좀 더 살펴보고자 한다.
1876년 알렉산더 그라함 벨에 의하여 전화기가 발명되고 이 전화기는 음성신호를 전기신호로 변화시켜 먼거리까지 전송이 가능하게 되었다. 그러나 전화를 단 두군데 뿐만 아니라 어떻게 하면 여러 곳과 통화가 가능할 것인가하는 문제가 대두되었다. 이것이 곧 교환의 필요성의 제기이며 전화가 발명된 이듬해인 1877년에 수동식 교환기가 등장하였으니 교환기는 전화의 실용화에 있어서 필수불가결한 기능이었다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
교환방식에는 일반적으로 연결방식에 따라 수동식과 자동식이 있으며 수동식에는 자석식과 공전식이 있다.
그리고 자동식은 통화로에 사용하는 스위칭 소자에 따라 기계식과 전자식으로 구분된다.
그러나 사람이 손으로 통화를 원하는 상대방을 선택하여 연결하여 주는 수동식은 1889년 미국의 스트로우저(A. B. Strowwger)가 최초의 자동식 교환기를 발명하면서부터 서서히 사라져 지금은 박물관에 가야만 볼 수 있게 되었다.
스트로우저가 자동식 교환기를 발명하게 된 동기는 매우 특이하다. 원래 그는 장의사를 경영하고 있었는데 어느날 친한 친구가 죽은 사실을 이미 장례를 치른 후에 알게 되었다. 죽은 친구의 가족은 당연히 스트로우저에게 장례 절차를 맡기고자 하였으나 수동식 전화의 교환수가 그와 경쟁관계에 있는 다른 사람에게 전화를 연결해 주었기 때문에 장례는 그 경쟁관계에 있는 장의사에게 넘어갔고 스트로우저는 그후에야 그 사실을 알게 된 것이다. 수동식 교환수는 경우에 따라 동종 업종이라면 다른 사람에게 전화를 연결할 수도 있었기 때문에 이러한 사태가 발생한 것이다. 스트로우저는 교환수의 고의적인 행동을 방지하기 위한 자동식 교환기의 필요성을 느끼게 되었고 결국 세계 최초의 자동식 교환기를 발명하게 된 것이다.
기계식 자동교환기는 스트로우저식 교환기를 거쳐 크로바식으로 바뀌고 국내에서는 EMD의 시대를 거치게 된다. 이어서 전자식 교환기등장했다.
기계식 자동교환기는 전기 기계적인 소자에 기초하여 구성되었지만 고속의 반도체 소자의 출현으로 인하여 전자식 교환방식이 가능하게 되었다.
컴퓨터와 트랜지스터의 개발은 교환기에도 기술혁신을 가져왔다. 사람들은 기계식 교환기의 제어 부분이 컴퓨터에 의해 대체될 수 있음을 깨닫게 되었고 이러한 아이디어는 1960년대 미국의 벨 연구소에서 개발한 NO.1ESS(E1-Electronic Switching System)에 의해서 현실화 되었다. 아날로그 통화로계를 컴퓨터에 축적된 프로그램(SPC:Stored Program Control)으로 제어하는 이 방식은 제어부분은 컴퓨터에 의해 전자화 되었지만 통화로계는 여전히 종전의 방식을 이용하기 때문에 반전자식으로 불리운다.
1970년대에 들어와서는 통화로계를 포함한 교환기의 모든 부분을 전자화한 전전자식 교환기가 등장하게 되어 오늘날의 교환기의 모습이 갖추어지게 된다. 즉 가입자 회로기술, 마이크로 프로세서 기술, 주문형 반도체 기술 등의 계속적인 발전이 오늘날과 같은 모습의 교환기의 탄생을 가져오게 된 것이다.
3. 회선교환과 패킷교환
지금까지 음성의 교환을 목적으로 한 교환기가 어떻게 발전해 왔는지를 개략적으로 살펴 보았다. 그러나 데이타 전송의 필요성이 급증하면서 데이터의 교환이 필요해졌다.
데이타는 모뎀에 의해 음성과 같은 아날로그 형태로 변환된 다음 음성용 교환기를 통하여 교환될 수 있었고 지금도 그러한 형태의 이용이 계속되고 있다.
그러나 데이타를 음성 교환기를 통하여 전송하는 것은 아무래도 부자연스럽고 낭비적인 요소가 많다. 우선 음성 대역은 3KHZ로 한정되어 있기 때문에 고속 전송 데이타 요구를 수용할 수 없다.
최근의 기술로도 음성용 교환기에서 교환이 가능한 최고 데이타 속도는 14,400bps 혹은 28,800bps 정도까지이다. (최근에 33.6kbps가 가능해졌다.) 그리고 음성 교환기가 취하고 있는 기본적인 교환 방식은 회선교환 방식이다.
회선교환은 정보 전송의 필요성이 생겼을 때 상대방을 호출하여 연결하고 이 물리적인 연결은 정보전송이 종료될 때까지 계속된다. 물론 정보전송이 끝나면 이 물리적 연결은 해제된다.
그러나 한가지 문제점은 일단 물리적 연결이 이루어진 후 그 회선은 다른 사람과 공유하지 못하고 배타적으로 두사람 사이에만 이용이 가능하다는 점이다.
데이타 트래픽에서는 데이타 전송이 연속적으로 이루어지는 경우도 있지만 대부분의 경우 많은 휴지(idle) 기간을 포함하고 있으며 이 휴지 기간 동안은 두지점 사이에 연결된 물리적 회선은 낭비되고 있다.
이렇게 데이타 트래픽의 휴지 기간 동안에 낭비되는 대역폭을 효율적으로 이용하고자하는 아이디어가 패킷교환 방식이다. 또한 데이타 트래픽은 음성 트래픽과는 달리 네트웍에서의 전송지연(delay) 허용이 가능하다.
음성통신인 경우 지연이 발생하면 사람들이 금방 부자연스러움을 느끼게 되고 불편하게 되지만 데이타 트래픽에서는 그렇지 않기 때문에 약간의 지연이 허용됨으로써 좀 더 효율적인 대역폭의 이용이 가능하게 된다.
기본적으로 패킷교환은 전송하고자 하는 정보를 작은 단위로 나눈 다음 나누어진 정보단위, 즉 패킷마다 발신지와 수신지의 주소를 넣고 패킷교환기는 그 주소를 보고 최종 목적지까지 패킷을 전달해 주는 교환방식이다.
실제 사용되는 패킷의 크기는 주로 128 글자가 쓰이는데 경우에 따라서는 그 보다 적거나 큰 패킷도 사용된다. 그리고 이 크기는 상한선일 뿐 가변적인 것이다.
패킷교환에서는 정보전송을 시작할 때 우선 두지점 사이에 논리적인 전송로(Virtual Circuit)를 설정하고 이후에는 매 패킷마다 송수신자의 주소를 넣지 않고 그 논리적 전송로의 번호만으로 전송을 행하는 방법이 더 많이 쓰인다.
이 방법을 가상회선(Virtual Circuit) 방식이라고 부르고 앞서처럼 매 패킷마다 주소를 넣어 패킷을 구성하는 방식을 데이타그램(Datagram) 방식 이라고 부른다. 가상회선 방식은 많은 양의 데이타를 연속으로 보낼 경우에, 데이타그램 방식은 짧은 메시지의 일시적인 전송에 적합하다. 어쨌든 패킷교환 방식은 데이타 전용 교환방식으로 대역폭의 효율적인 이용이라는 요구를 충족시킬 수 있고 교환기 자체의 비용 또한 현저하게 낮출 수 있었다.
패킷교환기는 그야말로 컴퓨터 그 자체이며 교환행위는 컴퓨터 메모리의 어떤 부분에 있는 데이타를 다른 메모리 위치로 움직이는 컴퓨터 명령어에 의해 수행되므로 패킷교환 방식은 소프트웨어에 의한 교환이라고 볼 수 있다.
4. 고속 회선교환과 고속 패킷교환
어쨌든 패킷교환 방식은 데이타 전용 교환방식으로 대역폭의 효율적인 이용이라는 요구를 충족시킬 수 있고 교환기 자체의 비용 또한 현저하게 낮출 수 있었다. 패킷교환기는 그야말로 컴퓨터 그 자체이며 교환행위는 컴퓨터 메모리의 어떤 부분에 있는 데이타를 다른 메모리 위치로 움직이는 컴퓨터 명령어에 의해 수행되므로 패킷교환 방식은 소프트웨어에 의한 교환이라고 볼 수 있다.
패킷교환과 더불어 데이타 전용의 교환방식으로 고속회선교환 방식이 있다.
고속 회선교환은 교환기술의 기본개념이 음성전송을 위한 회선교환과 동일하나 디지탈 방식을 택하므로 상대방과의 연결시간 단축과 전송속도의 향상을 가져왔다.
종전의 음성전용 교환기는 최고 전송속도가 현재 33.600bps 까지이나 데이타를 위한 고속회선 교환은 64Kbps 까지 전송이 가능하므로 33.6Kbps 이상의 데이타 전송에 효율적으로 이용할수 있어 데이타의 발생빈도가 높지는 않으나 그 양이 대단히 많은(bulk data) 경우에 유용하다.
X.25 에 근거한 패킷교환 기술 이후의 기술을 한마디로 지칭할 때 우리는 고속 패킷(fast packet)이라는 용어를 사용한다.
사실 음성전송 만을 위해서는 데이타의 교환기술의 발전은 필요 없겠으나 사람들은 음성 뿐만이 아니라 모든 형태의 정보를 전송하고자 하기 때문에 새로운 교환기술도 필요하게 된다. 즉 앞에서 얘기한 데이타 교환을 위한 패킷교환도 그 예이다. 그러나 사람들의 욕구는 끝이 없어서 음성, 텍스트, 화상, 비디오 등 모든 형태의 정보를 교환기를 포함한 통신기를 통해 전송하고자 하고 그것도 매우 빠른 속도를 요구할 뿐만 아니라 종전의 통신이 주로 일대일 간의 통신이었던데 비해 일대다의 정보 분배까지 요구하고 있기 때문에 새로운 교환기술의 출현이 요구되었다. 이러한 새로운 교환기술을 고속 패킷 이라고 총칭하게 된 것이다.
패킷이라는 용어를 사용하는 것은 데이타 전송을 위한 패킷교환에서와 같이 모든 형태의 정보를 디지탈화하여 일정 정보단위로 묶어 주소 개념을 이용하여 교환하고 전송하기 때문이다.
즉 데이타를 위하여 만들어진 패킷교환의 개념이 음성을 비롯한 모든 형태의 정보를 교환하고 전송하는데까지 확장되었다고 볼 수 있다. 고속 패킷 기술 중에서 가장 먼저 실용화된 기술은 프레임 릴레이이다. 프레임 릴레이도 기본적으로 패킷교환과 다를 바가 없다. 다만 종전의 패킷교환 방법이 전송로 상에서의 에러 문제 때문에 많은 시간을 요구함으로 인해 네트웍 지연시간이 커지고 처리율이 떨어지는 단점을 개선한 것일 뿐이다. 기술적으로는 계층 3에서 이루어지던 교환기능을 계층 2에서 수행한다는 점, 그리고 대역폭을 넓혀 45Mbps까지의 전송속도를 지원하는 것도 다른 점이다.
그러나 프레임 릴레이도 모든 형태의 정보를 교환하고 전송하고자 하는 욕구를 만족하지는 못한다. 최근 음성을 수용하는 경우도 있기는 하나 그 용도가 주로 고속 데이터의 전송에 있다.
5. 셀 스위칭
셀 스위칭이 음성, 데이타, 화상, 영상, 방송 등 모든 형태의 정보전송을 종합적으로 고속으로 교환해 주는, 지금까지 개발된 모든 교환기술을 종합한 미래의 교환기술로 급격히 떠오르고 있다.
셀 스위칭의 이해를 위해 우선 셀(cell)이 무엇인지부터 살펴보자.
셀은 작은 고정 크기의 패킷이다. 따라서 패킷에서와 같이 주소 등과 같은 제어 정보와 이용자 정보로 구성된다. 셀을 전송하기 위해 송신자는 메시지를 셀 크기에 맞추어 나눠 제어정보를 추가하여 전송하고 수신측에서 이들 셀을 다시 조합하여 원래의 정보를 재생한다.
셀의 크기는 네트웍마다 다를 수 있으나 BISDN의 표준으로는 5글자(byte)의 헤더(제어정보)와 48글자의 이용자 정보를 합하여 53글자의 고정 크기로 셀의 크기를 정하였다. 하지만 BISDN의 표준이 아닌 경우 셀의 크기는 4글자에서 256글자까지 다양하다.
셀의 크기에 따라 제어정보의 오버헤드가 차이가 나므로 셀의 크기는 중요한 의미를 갖는다. 작은 셀이 갖는 이점은 낭비가 없다는 점이다. 송신자가 메시지를 셀 크기로 나눌 때 보통 맨 마지막 셀은 꽉 채워지지 않게 되는데 셀의 크기가 클수록 사용되지 않는 셀의 부분이 많아지게 되어 낭비가 생긴다.
셀의 크기에 따라 영향을 받는 또 하나의 요인은 직렬화(Serialize)에 따르는 지연시간이다. 대화형 음성이나 비디오 회의 등 지연시간이 큰 영향을 미치는 응용 분야에서는 큰 셀이 지연을 가져올 수 있으므로 불리하다. 그렇지만 셀의 크기가 너무 작으면 오버헤드가 과다하게 되어
실제의 정보 전송율이 떨어지게 되는 불리점도 있다. 따라서 적당한 크기의 셀을 선택해야 한다. ITU-T(CCITT)가 BISDN의 스위칭 방법으로 셀 스위칭을 채택한 데는 다음과 같은 세가지 이유가 있다.
첫째, 셀 스위칭은 전화, CATV, 컴퓨터 데이타 등 특성이 다른 여러 가지 네트워크를 종합적으로 지원하는데 매우 효과적이므로 또 하나의 셀 네트워크로 모든 형태의 트래픽을 지원할 수 있다.
둘째, 앞으로의 고속 네트워크의 기능으로 멀티캐스트(MultiCast)가 필수적인데 셀 구조가 이에 적합하다. 멀티캐스트는 한 사람의 송신자로부터의 정보가 여러곳에 동시에 전달되는 기능으로 CATV 등에서는 반드시 요구된다. 종전의 회선교환 방식도 멀티캐스트가 가능하기는 하나 셀 스위칭이 더욱 적합한 방식이다.
셋째, 셀 네트워크의 또 다른 장점은 다중화 (Multiplexing)의 용이성이다. ISDN에서는 고정된 대역폭을 할당하는 방식을 취하고 있기 때문에 대역폭의 이용이 효율적이지 못하다. 셀 방식은 대역폭을 다이나믹하게 할당할 수 있는 이점을 제공한다. 셀이 네트워크를 통하여 목적지까지 전달되는 과정은 기본적으로 기존의 패킷 네트워크와 같다.
결국 셀 스위칭은 종전의 회선교환 방식이 갖고 있는 짧은 지연 특성과 패킷교환 방식이 갖고 있는 효율적 대역폭 이용의 장점에다 고속이라는 장점까지를 겸비하고 있어 모든 형태의 정보를 효율적으로 교환 분배할 수 있는 교환방식인 셈이다.
더욱이 셀 교환방식은 랜에서도 그대로 이용이 가능하여 최초로 랜과 WAN을 천하통일할 교환방식으로도 주목을 받고 있다.
ATM(Asynchronous Transfer Mde)은 CCITT에 의해서 표준안으로 정해진 셀을 기본으로 하는 교환방식이다.
이 경우의 53바이트 셀을 ATM 셀이라고 부른다. 잘 알려진대로 ATM은 교환과 다중화를 담당하는 BISDN의 핵심기술이다. 현재의 ATM 표준안은 622 Mbps의 속도까지 지원가능하나 장차 기가비트급까지 가능할 것으로 기대 된다.
스트로우저 교환기에서 시작된 자동교환기는 크로스바 방식 아날로그 전자교환, 디지탈 회선교환, 디지탈 패킷교환, ATM 회선, 패킷 복합교환 방식까지 와 있다. 앞으로 더 발전이 기대되고 있는 교환방식으로 광교환 방식이 있다. 아직은 연구실 수준을 벗어나고 있지는 못하지만 언젠가는 광교환의 시대를 맞이하게 될 것이다.
출처 : http://www.sudo21.net/co-jb-8.htm
