프로토콜 요소와 교환 방식

두 장치가 통신하려면 "무엇을 어떤 모양으로, 무슨 뜻으로, 언제" 보낼지 미리 약속해야 한다. 그 약속이 프로토콜(protocol)이다. 약속을 지켜 보낸 데이터가 여러 장치를 거쳐 목적지까지 가는 방법을 교환 방식이라고 한다. 실기 시험은 프로토콜의 3요소와 **패킷 교환의 두 방식인 가상 회선(virtual circuit)과 데이터그램(datagram)**을 자주 묻는다.

프로토콜과 3요소

프로토콜은 서로 다른 장치끼리 데이터를 틀림없이 주고받도록 표준으로 정한 통신 규약이다. 사람 사이의 대화에 언어·문법·말할 차례가 있듯, 장치 사이에도 세 가지를 정해야 대화가 된다.

요소	정하는 것	예
구문	데이터의 형식·부호화·신호 레벨	헤더의 필드 순서와 길이
의미	제어 정보의 뜻, 오류 처리 방법	이 비트가 1이면 재전송 요청
타이밍	속도 맞추기, 순서 제어	응답을 몇 초 기다릴지

구문(syntax)이 맞지 않으면 받는 쪽이 데이터를 해석하지 못한다. 의미(semantics)가 다르면 형식은 읽혀도 해야 할 동작이 달라진다. 타이밍(timing)이 어긋나면 빠른 쪽이 보낸 데이터를 느린 쪽이 놓친다. 시험 자료는 타이밍을 "시간(Timing)"이라고도 쓰니 같은 요소로 알아 둔다. 영문 위키백과 같은 해외 자료는 셋째 요소를 동기화(synchronization)라고 부르지만, 답안에는 시험 표기인 구문·의미·시간(타이밍)을 쓴다.

회선 교환과 패킷 교환

회선 교환(circuit switching)은 통신을 시작하기 전에 두 장치 사이에 전용 경로를 먼저 잡아 두고, 통신이 끝날 때까지 그 경로를 혼자 쓰는 방식이다. 옛 유선 전화가 대표적이다. 대역폭(bandwidth)이 보장돼 지연이 일정하지만, 말을 하지 않는 동안에도 회선을 붙잡고 있어 자원이 낭비된다.

패킷 교환(packet switching)은 데이터를 일정 길이의 패킷(packet)으로 잘라, 여러 사용자의 패킷이 회선을 나눠 쓰며 전달하는 방식이다. 각 교환기는 패킷을 잠시 저장했다가 다음 장치로 넘긴다(저장 후 전달, store-and-forward). 회선을 놀리지 않아 효율이 높고, 한 경로가 끊겨도 다른 경로로 돌 수 있다. 대신 몰리면 대기가 생겨 지연이 들쭉날쭉하다. 인터넷은 패킷 교환으로 동작한다.

구분	회선 교환	패킷 교환
경로	통신 전 전용 경로 확보	회선을 여럿이 공유
지연	일정	몰리면 늘어남
효율	쉬는 동안 낭비	높음
예	전화망	인터넷

가상 회선과 데이터그램

패킷 교환은 경로를 언제 정하느냐에 따라 두 방식으로 나뉜다.

가상 회선 방식은 데이터를 보내기 전에 제어 패킷으로 논리적인 경로를 먼저 설정한다. 그다음 모든 패킷이 같은 경로를 따라가므로 보낸 순서대로 도착한다. 회선 교환처럼 연결을 먼저 잡지만, 물리 회선을 독점하지 않고 공유한다는 점이 다르다. 연결 지향(connection-oriented)이라 하며, 긴 데이터를 순서대로 보낼 때 알맞다.

데이터그램(datagram) 방식은 경로를 미리 정하지 않는다. 패킷마다 목적지 주소를 모두 담고, 각 노드(node)가 그때의 트래픽(traffic) 상황을 보고 패킷마다 독립적으로 경로를 고른다. 그래서 패킷들이 서로 다른 길로 가서 순서가 뒤바뀌어 도착할 수 있고, 받는 쪽이 순서를 다시 맞춘다. 연결을 잡는 준비가 없어 짧은 데이터에 빠르고, 한 노드가 고장 나도 우회하기 쉽다. IP(Internet Protocol, 인터넷 프로토콜)가 이 방식이다.

시험 포인트

• 프로토콜 3요소 → 구문·의미·타이밍(시간). "데이터 형식·부호화·신호 레벨" → 구문, "제어 정보·오류 관리" → 의미, "속도·순서 제어" → 타이밍.
• "통신 전에 전용 경로를 확보해 독점" → 회선 교환. "패킷으로 잘라 회선 공유" → 패킷 교환.
• "논리 경로를 먼저 설정, 모든 패킷이 같은 경로로 순서대로" → 가상 회선 방식.
• "경로 설정 없이 패킷마다 독립적으로 전송, 수신 측이 순서 재정리" → 데이터그램 방식.