가상 회선

가상 회선(virtual circuit, VC)은 패킷 교환을 기반으로 데이터 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 수단이며, 두 종단점 사이에 네트워크를 통한 연결이 먼저 설정된다. 네트워크는 회선 교환처럼 연결당 고정된 데이터 전송률 예약을 갖는 대신, 패킷 교환의 본질적인 특징인 전송 링크의 통계적 다중화를 활용한다.

1978년 CCITT의 가상 회로 표준화는 모든 사용자-네트워크 및 네트워크-네트워크 인터페이스에 연결별 흐름 제어를 부과한다. 이를 통해 혼잡 제어에 참여하고 과부하된 네트워크에서 패킷 손실 가능성을 줄일 수 있다.^[1][2] 일부 회선 프로토콜은 오류 감지 및 자동 재전송 요구 (ARQ)를 통해 데이터 재전송을 사용하여 신뢰할 수 있는 통신 서비스를 제공한다.

가상 회로를 사용하기 전에 호 설정 단계에서 네트워크 노드 사이에 설정되어야 한다. 일단 설정되면, 비트 스트림 또는 바이트 스트림이 노드 간에 교환될 수 있으며, 이는 프로토콜 데이터 단위로의 하위 수준 분할로부터 추상화를 제공하고 상위 수준 프로토콜이 투명하게 작동할 수 있도록 한다.

가상 회로 네트워크의 대안은 데이터그램 네트워크이다.

회선 교환과의 비교

가상 회선 통신은 회선 교환과 유사하다. 둘 다 연결 지향이기 때문에 데이터가 올바른 순서로 전달되며, 연결 설정 단계에서 신호 오버헤드가 필요하다는 것을 의미한다. 그러나 회선 교환은 일정한 비트 전송률과 지연 시간을 제공하는 반면, 가상 회선 서비스에서는 다음과 같은 요인으로 인해 이러한 값들이 달라질 수 있다.

• 네트워크 노드의 패킷 대기열 길이 변화
• 애플리케이션에서 생성되는 비트 전송률 변화
• 통계적 다중화를 통해 동일한 네트워크 리소스를 공유하는 다른 사용자로부터의 부하 변화 등

가상 호출 기능

전기 통신에서, 때때로 가상 호출 설비라고도 불리는 가상 호출 기능은 다음과 같은 서비스 기능이다.

• 호 설정 절차와 호 해제 절차가 두 DTE 간의 통신 기간을 결정하며, 이 기간 동안 사용자 데이터는 패킷 교환 네트워크를 통해 전송된다.
• 네트워크 내에서 패킷의 단대단 전송 제어가 필요하다.
• 데이터는 호 접근 단계가 완료되기 전에 호 발신자에 의해 네트워크로 전달될 수 있지만, 호 시도가 실패할 경우 데이터는 호 수신자에게 전달되지 않는다.
• 네트워크는 모든 사용자 데이터를 네트워크가 수신한 수열과 동일한 순서로 호 수신자에게 전달한다.
• 다중 접근 DTE는 동일한 시간에 여러 가상 호출을 진행할 수 있다.

가상 호출에 대한 대안적인 접근 방식은 데이터그램을 사용하는 비연결형 통신이다.^[3]

1970년대 초, 가상 호출 기능은 영국 국립 물리학 연구소의 도널드 데이비스 (컴퓨터 과학자)의 연구를 바탕으로 EPSS를 위해 브리티시 텔레콤에 의해 개발되었다. 이 개념은 프랑스 PTT의 RCP 실험 네트워크를 위한 가상 회로로서 레미 데프레에 의해 강화되었다.^[4][5][6]

4계층 가상 회선

TCP^[7][8]과 같은 연결 지향 전송 계층 프로토콜은 IP와 같은 비연결형 패킷 교환 네트워크 계층 프로토콜에 의존할 수 있으며, 여기서 다른 패킷은 다른 경로로 라우팅될 수 있으므로 순서가 뒤바뀌어 전달될 수 있다. 그러나 TCP는 수신 측에서 순서가 뒤바뀐 전달을 수용하기 위해 재정렬을 허용하는 세그먼트 번호 매김을 포함하므로 TCP를 가상 회선으로 사용할 수 있다.^[8][9][10]

2/3계층 가상 회선

데이터 링크 계층 및 네트워크 계층 가상 회로 프로토콜은 연결 지향 패킷 교환을 기반으로 하며, 이는 데이터가 항상 동일한 네트워크 경로, 즉 동일한 노드를 통해 전달됨을 의미한다. 비연결형 패킷 교환에 비해 이것의 장점은 다음과 같다.

• 연결 설정 단계에서 대역폭 예약을 지원하여 보장된 QoS를 가능하게 한다. 예를 들어, 고정 비트 전송률 QoS 클래스를 제공하여 회선 교환 에뮬레이션을 가능하게 할 수 있다.
• 패킷이 개별적으로 라우팅되지 않고 각 데이터 패킷의 헤더에 완전한 주소 지정 정보가 제공되지 않으므로 오버헤드가 적다. 각 패킷에는 작은 가상 채널 식별자 (VCI)만 필요하다. 라우팅 정보는 연결 설정 단계 동안에만 네트워크 노드로 전송된다.
• 네트워크 노드는 이론적으로 더 빠르고 용량이 더 크다. 왜냐하면 연결 설정 단계 동안에만 라우팅을 수행하는 스위치인 반면, 비연결형 네트워크 노드는 각 패킷에 대해 개별적으로 라우팅을 수행하는 라우터이기 때문이다. 스위칭은 완전한 주소를 분석하는 대신 테이블에서 가상 채널 식별자를 찾는 것만을 포함한다. 스위치는 ASIC 하드웨어로 쉽게 구현할 수 있지만, 라우팅은 더 복잡하며 소프트웨어 구현이 필요하다. 그러나 IP 라우터 시장이 크고 고급 IP 라우터가 3계층 스위치를 지원하기 때문에, 오늘날의 IP 라우터는 연결 지향 프로토콜용 스위치보다 더 빠를 수 있다.

예시 프로토콜

가상 회로를 제공하는 전송 계층 프로토콜의 예시:

• 전송 제어 프로토콜 (TCP): 기본의 신뢰할 수 없고 비연결형 IP 프로토콜 위에 신뢰할 수 있는 가상 회로가 설정된다. 가상 회로는 송신자와 수신자의 IP 주소 및 포트 번호인 소스와 목적지 네트워크 소켓 주소 쌍으로 식별된다. 보장된 QoS는 제공되지 않는다.
• 스트림 제어 전송 프로토콜 (SCTP): IP 프로토콜 위에 가상 회로가 설정된다.

데이터가 항상 동일한 경로를 통해 전달되는 네트워크 계층 및 데이터 링크 계층 가상 회로 프로토콜의 예시:

• X.25: VC는 가상 채널 식별자 (VCI)로 식별된다. X.25는 신뢰할 수 있는 노드 간 통신과 보장된 QoS를 제공한다.
• 프레임 릴레이: VC는 DLCI로 식별된다. 프레임 릴레이는 신뢰할 수 없지만, 보장된 QoS를 제공할 수 있다.
• ATM: 회로는 가상 경로 식별자 (VPI)와 가상 채널 식별자 (VCI) 쌍으로 식별된다. ATM 계층은 신뢰할 수 없는 가상 회로를 제공하지만, ATM 프로토콜은 ATM 적합 계층 (AAL) 서비스 특정 수렴 서브계층 (SSCS)을 통해 신뢰성을 제공한다 (비록 신뢰할 수 있음과 신뢰할 수 없음 대신 보장됨과 비보장됨이라는 용어를 사용하지만).^[11][12]
• GPRS
• MPLS: 가상 회로를 통한 IP에 사용될 수 있다. 각 회로는 레이블로 식별된다. MPLS는 신뢰할 수 없지만 8가지 다른 QoS 클래스를 제공한다.

ATM, 프레임 릴레이 및 X.25의 영구 및 교환 가상 회로

교환 가상 회로 (SVC)는 일반적으로 호별로 설정되며 호가 종료되면 연결이 끊어진다. 그러나 영구 가상 회로 (PVC)는 두 설비 간에 전용 회선 데이터 링크를 제공하는 옵션으로 설정될 수 있다. PVC 구성은 일반적으로 서비스 제공업체에 의해 사전 구성된다. SVC와 달리 PVC는 거의 끊어지지/연결이 끊어지지 않는다.

교환 가상 회로 (SVC)는 요청 시 동적으로 설정되고 전송이 완료되면, 예를 들어 전화 통화 또는 파일 다운로드 후에 해제되는 가상 회로이다. SVC는 데이터 전송이 산발적이거나 항상 동일한 DTE 종단점 간에 이루어지지 않는 상황에서 사용된다.

영구 가상 회로 (PVC)는 동일한 DTE 간에 반복/연속적인 사용을 위해 설정된 가상 회로이다. PVC에서 장기적인 연결은 가상 호출의 데이터 전송 단계와 동일하다. 영구 가상 회로는 반복적인 호출 설정 및 해제의 필요성을 없앤다.

• 프레임 릴레이는 일반적으로 PVC를 제공하는 데 사용된다.
• ATM은 ATM 용어에서 교환 가상 연결과 영구 가상 연결을 모두 제공한다.
• X.25는 가상 호출과 PVC를 모두 제공하지만, 모든 X.25 서비스 제공업체나 DTE 구현이 PVC를 지원하지는 않는다. PVC는 SVC보다 훨씬 덜 일반적으로 사용되었다.

같이 보기

• 데이터 링크 연결 식별자 (DLCI)
• 레이블 스위칭
• 프로토콜 전쟁
• 트래픽 흐름 (컴퓨터 네트워킹)