회선교환: 전용 경로로 보장하는 통신 품질

연결을 먼저 확보한 뒤 데이터를 보낸다

회선교환은 송신자와 수신자 사이에 전용 통신 경로를 먼저 만들고, 그 경로로 데이터를 전달하는 네트워크 방식이다. PSTN 같은 전화망에서 대표적으로 사용됐으며, 오늘날 패킷교환 네트워크와 대비해 이해할 필요가 있다.

통신은 회선 설정, 데이터 전송, 회선 해제 순서로 진행된다. 전통적인 전화 통화에서는 번호를 눌러 상대방 연결을 요청하는 과정이 회선 설정이고, 통화가 데이터 전송이며, 전화를 끊어 자원을 돌려주는 과정이 회선 해제에 해당한다.

전용 경로가 만들어지면 해당 통신에는 일정한 대역폭이 보장된다. 경로가 확보된 뒤에는 복잡한 라우팅 판단 없이 데이터를 전달할 수 있어 지연이 낮고 예측 가능하다. 이런 특성은 음성 통화처럼 실시간성이 필요한 통신에 적합하다.

반대로 회선은 실제 데이터가 오가지 않는 순간에도 계속 점유된다. 동시 연결 수가 늘어날수록 확장성에도 제약이 생기며, 통신을 시작하기 전에 회선을 설정하는 시간도 필요하다. 설정된 경로 중 한 지점에 장애가 생기면 전체 통신이 중단될 수 있다.

시분할 다중화(TDM)는 하나의 물리 회선을 시간 단위로 나누어 여러 통신 채널이 함께 쓰도록 구성한다. 각 채널에는 시간 슬롯이 배정되고, 슬롯 순서에 따라 데이터가 전달된다.

E1(유럽), T1(북미) 등의 디지털 회선에서 활용되며, 유럽 E1은 30-32개의 64Kbps 채널로 구성된다.

파장 분할 다중화(WDM)는 하나의 광섬유로 여러 파장의 빛을 동시에 전송하는 광통신 기술이다. 각 파장은 독립적인 통신 채널로 동작한다.

DWDM(고밀도 파장 분할 다중화)은 더 많은 채널을 지원하며, 대용량 장거리 통신에 적합하다.

현대 통신망의 대부분은 패킷교환으로 전환됐지만, 두 방식은 연결과 자원 할당에서 분명한 차이가 있다.

PSTN은 가장 전통적인 회선교환 네트워크다. 전 세계에 구축된 전화 인프라로서, 디지털화 과정에서 TDM을 적용했고 음성 통화에 맞춘 서비스 품질을 제공했다.

ISDN은 디지털 회선교환 기술을 바탕으로 음성과 데이터를 동시에 전송한다. BRI(기본 인터페이스)는 2B+D로, 2개의 64Kbps B채널과 1개의 16Kbps D채널을 사용한다. PRI(일차군 인터페이스)는 미국에서 23B+D, 유럽에서 30B+D로 구성된다.

광전송망(OTN)은 대용량 백본 네트워크에서 WDM으로 다중화된 광채널과 고정 대역폭 경로를 제공한다. 40Gbps, 100Gbps 이상의 초고속 데이터 전송을 지원한다.

MPLS(Multi-Protocol Label Switching)는 패킷교환과 회선교환의 특성을 결합한 기술이다. 패킷에 라벨을 붙여 미리 설정된 경로로 전달하고, 가상 회선과 유사한 서비스 품질을 제공한다. 대역폭 보장과 트래픽 엔지니어링에도 활용할 수 있다.

광 회선 교환(OCS)은 전광 네트워크의 회선교환 방식이다. ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)을 이용해 광경로를 동적으로 재구성하며, 데이터센터 간 대용량 통신에 활용된다.

SDN은 제어 평면과 데이터 평면을 분리한다. 이 구조에서는 회선 기반 서비스를 소프트웨어로 정의하고 제어할 수 있으며, 패킷 네트워크에서도 회선교환과 유사한 서비스 품질을 구현할 수 있다. 네트워크 슬라이싱은 전용 자원을 할당하는 방식으로도 연결된다.

5G에서는 네트워크 슬라이싱을 통해 가상 전용 회선을 제공할 수 있다. URLLC(초저지연 고신뢰 통신)에 맞는 특성으로, 산업용 IoT와 자율주행 같은 미션 크리티컬 애플리케이션을 지원한다.

양자 키 분배(QKD) 시스템에는 전용 광경로가 필요할 수 있다. 양자 상태 보존을 위해 간섭을 최소화하는 경로를 설정하며, 이는 양자 네트워크의 기반 기술로 활용될 가능성이 있다.

패킷교환보다 회선교환이 효율적인 응용도 남아 있다. 확정적인 지연이 필요한 환경에서는 홀로그램 통신, 원격 수술 등 차세대 실시간 서비스의 기반으로 쓰일 수 있다.