🌐[Network] 패킷(Packet)이란 무엇일까요?

• 패킷(Packet)은 네트워크 상에서 데이터를 전송하는 기본 단위입니다.
• 컴퓨터 네트워크에서 큰 데이터를 전송 할 때, 데이터를 작은 조각으로 나누어 각각의 조각을 패킷(Packet)이라고 부릅니다.
• 이러한 패킷(Packet)은 네트워크를 통해 목적지에 도달하며, 도착한 후에 다시 원래의 데이터로 재조립됩니다.

1️⃣ 패킷의 필요성.

• 데이터를 전송할 때 단일 큰 데이터 덩어리로 보내는 대신, 데이터를 여러 개의 작은 패킷으로 나누는 이유는 네트워크의 효율성과 안정성을 높이기 위해서 입니다.

1️⃣ 효율성.

• 데이터를 작은 단위로 나누어 전송하면 네트워크 리소스를 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.
  • 대용량 데이터가 네트워크에서 하나의 덩어리로 전송된다면, 다른 데이터가 전송되는 동안 대기해야 할 수 있습니다.
    • 패킷(Packet)은 나뉘어 전송되므로 여러 데이터가 동시에 네트워크를 통해 흐를 수 있습니다.

2️⃣ 안정성.

• 작은 패킷(Packet) 단위로 나뉘어 전송하면 데이터 손실이 발생했을 때 일부 패킷(Packet)만 재전송하면 되므로, 전체 데이터를 다시 전송하지 않아도 됩니다.
• 네트워크 연결이 불안정하거나 문제가 발생했을 때도, 손상된 패킷(Packet)만 다시 보내 효율적으로 문제를 해결할 수 있습니다.

3️⃣ 경로 다양성.

• 네트워크를 통해 전송되는 패킷(Packet)은 서로 다른 경로를 통해 목적지에 도달할 수 있습니다.
  • 즉, 같은 데이터를 여러 경로로 나눠 전송하므로 특정 경로에 문제가 생겨도 다른 경로를 통해 전달될 수 있습니다.

2️⃣ 패킷의 구조.

• 패킷(Packet)은 크게 헤더(Header)와 데이터(Payload, 페이로드)로 구성됩니다.

1️⃣ 헤더(Header)

• 패킷(Packet)의 헤더(Header)는 제어 정보를 담고 있으며, 네트워크에서 패킷(Packet)이 어떻게 전달되고 처리될지 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
  • 헤더(Header)에는 다음과 같은 정보가 포함됩니다.
    • 출발지 IP(Internet Protocol) 주소 : 패킷(Packet)을 보낸 컴퓨터의 IP(Internet Protocol) 주소.
    • 목적지 IP(Internet Protocol) 주소 : 패킷(Packet)이 도착해야 할 컴퓨터 IP(Internet Protocol) 주소.
    • 프로토콜(Protocol) : 패킷(Packet)이 어떤 프로토콜(예: TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol))을 사용하는지 나타냅니다.
    • 패킷 번호 : 패킷이 전체 데이터에서 몇 번째 패킷인지를 나타냅니다.
    • TTL(Time to Live) : 패킷이 네트워크에서 얼마 동안 유효한지를 나타내며, 특정 시간이나 홉(hop)을 넘으면 패킷(Packet)은 폐기됩니다.

📝 홉(hop)

네트워크에서 패킷(Packet)이 한 네트워크 장비(주로 라우터)에서 다른 장비로 이동하는 과정을 의미하는 단위입니다.
네트워크 패킷이 출발지에서 목적지까지 이동하는 동안 라우터와 같은 중간 장비들을 통과할 때마다 하나의 홉이 발생합니다.

2️⃣ 데이터(Payload, 페이로드)

• 패킷(Packet)의 데이터 부분은 실제로 전송하려는 유효 데이터(문서, 이미지, 동영상 파일의 일부 등)가 담긴 부분입니다.
  • 이 데이터는 네트워크 상에서 목적지에 도달한 후, 여러 패킷이 다시 모여 원래의 데이터로 재구성 됩니다.

3️⃣ 트레일러(Trailer)

• 일부 패킷(Packet) 구조에서 트레일러(Trailer)가 포함될 수 있습니다.
  • 이는 패킷(Packet)이 올바르게 전송되었는지 확인하기 위한 오류 검사 정보를 포함합니다.
    • 예를 들어, 체크섬(Checksum)이 포함되어 패킷이 손상되었는지 확인할 수 있습니다.

📝 체크섬(Checksum)

데이터의 무결성을 확인하기 위해 사용되는 오류 검출 기법 중 하나입니다.
데이터가 전송되거나 저장될 때, 손상되거나 변경된 부분이 없는지 확인하기 위해 사용됩니다.
체크섬(Checksum)은 전송하려는 데이터에 대해 수학적인 계산을 수행한 후 고유한 값(체크섬 값)을 생성하고, 이 값을 데이터와 함께 전송하거나 저장합니다.
데이터를 수신하는 측에서는 동일한 방식으로 체크섬(Checksum) 값을 계산하여 원래의 체크섬 값과 비교함으로써 데이터가 정상적으로 전송되었는지 확인할 수 있습니다.

3️⃣ 패킷의 동작 원리.

1️⃣ 데이터 나누기.

• 네트워크를 통해 데이터를 전송할 때, 원래의 데이터를 여러 개의 작은 패킷으로 분할합니다.
  • 각 패킷(Packet)은 헤더(Header)와 데이터(Payload, 페이로드)를 포함하며, 헤더(Header)에는 각 패킷(Packet)이 어디에서 어디로 가는지, 어떤 경로를 따라가야 하는지 등의 정보가 담깁니다.

2️⃣ 네트워크 전송.

• 패킷(Packet)은 네트워크를 통해 목적지로 전송됩니다.
  • 이때, 패킷(Packet)은 네트워크 장치(라우터(Router, Switch 등)를 거쳐 목적지까지 전달됩니다.
    • 각 장치는 패킷의 헤더(Header)를 읽어 적절한 경로를 찾아 다음 목적지로 패킷(Packet)을 보냅니다.

3️⃣ 데이터 재조립.

• 목적지에 도착한 패킷(Packet)들은 다시 조립되어 원래의 데이터를 복구합니다.
  • 전송 중에 일부 패킷(Packet)이 손실되거나 손상된 경우, 해당 패킷(Packet)만 다시 요청하여 전송받을 수 있습니다.

4️⃣ 패킷 교환과 전송 방식.

• 네트워크에서 패킷 전송 방식을 패킷 교환(Packet Switching)이라고 합니다.
  • 이는 데이터를 패킷(Packet) 단위로 나누어 각 패킷(Packet)이 독립적으로 네트워크를 통해 전송되는 방식입니다.

1️⃣ 패킷 교환(Packet Switching)

• 패킷 교환 방식은 데이터를 작은 패킷(Packet) 단위로 나누어, 각 패킷이 네트워크를 통해 독립적으로 전송됩니다.
  • 각 패킷(Packet)은 목적지에 도달할 때까지 다른 경로를 통해 이동할 수 있으며, 목적지에서 다시 재조립됩니다.

2️⃣ 회선 교환(Circuit Switching)

• 회선 교환 방식은 전화 통화와 같은 네트워크에서 사용되며, 데이터를 전송하기 위해 고정된 경로를 설정한 후 데이터를 전송합니다.
  • 데이터 전송이 완료될 때까지 해당 경로는 다른 용도로 사용할 수 없습니다.

3️⃣ 데이터그램 기반 전송.

• UDP(User Datagram Protocol)는 패킷 교환 방식 중 하나로, 데이터가 순서에 상관없이 패킷 단위로 전송되며, 수신자는 도착한 패킷을 기반으로 데이터를 복원합니다.
  • UDP(User Datagram Protocol)는 빠른 전송 속도가 필요하지만 데이터 정확도가 덜 중요한 경우(예: 실시간 스트리밍, 게임)에 사용됩니다.

5️⃣ 패킷과 네트워크 프로토콜

• 패킷은 여러 네트워크 프로토콜에 의해 관리됩니다.
  • 주로 사용하는 프로토콜은 다음과 같습니다.

1️⃣ TCP(Transmission Control Protocl) / IP(Internet Protocol)

• TCP(Transmission Control Protocol) / IP(Internet Protocol)는 인터넷 프로토콜로, 패킷(Packet)이 정확하게 도착하는지 확인하고, 손실된 패킷이 있으면 다시 전송하는 방식입니다.
  • TCP(Transmission Control Protocol)는 데이터의 신뢰성을 보장하고, IP(Internet Protocol)는 패킷(Packet)의 주소 지정과 경로 선택을 담당합니다.

2️⃣ UDP(User Datagram Protocol)

• UDP(User Datagram Protocol)는 TCP(Transmission Control Protocol)와 달리 비연결형 프로토콜로, 패킷(Packet)의 신뢰성을 보장하지 않습니다.
  • 속도가 중요한 경우, 예를 들어 동영상 스트리밍, 온라인 게임에서 많이 사용됩니다.

6️⃣ 패킷 손실과 복구

1️⃣ 패킷 손실

• 네트워크에서 패킷이 소실되거나 지연될 수 있습니다.
  • 이는 네트워크 혼잡, 라우터의 버퍼 부족, 신호 간섭 등 다양한 이유로 발생할 수 있습니다.

📝 라우터의 버퍼(Buffer)

라우터의 버퍼(Buffer)는 라우터가 처리해야 할 데이터 패킷(Packet)들을 임시로 저장하는 메모리 공간을 의미합니다

라우터는 네트워크를 통해 전달되는 수많은 패킷을 처리하고 전달하는 역할을 하며, 네트워크 혼잡이나 트래픽 변동 상황에서 모든 패킷을 즉시 처리할 수 없을 때 이 버퍼에 패킷을 일시적으로 저장합니다.

2️⃣ 패킷 복수

• TCP와 같은 신뢰성 있는 프로토콜은 패킷 손실이 발생했을 때 손실된 패킷을 재전송합니다.
  • 그러나 UDP는 패킷 손실이 발생해도 이를 처리하지 않으며, 손실된 데이터를 그대로 넘깁니다.

7️⃣ 패킷의 예시.

👉 웹 브라우징.

• 사용자가 웹 브라우저에서 특정 웹사이트에 접속할 때, 웹 서버는 HTML, CSS, 이미지 등의 파일을 패킷(Packet)으로 나누어 사용자의 컴퓨터로 전송합니다.
  • 사용자의 컴퓨터는 이 패킷들을 수신하고, 다시 조립하여 웹 페이지를 화면에 표시합니다.

👉 이메일 전송.

• 이메일이 전송될 때, 이메일 본문과 첨부 파일은 여러 개의 패킷으로 나누어 네트워크를 통해 전송됩니다.
  • 각 패킷은 목적시 이메일 서버에 도착하면 다시 하나의 이메일로 합쳐집니다.

8️⃣ 결론.

• 패킷(Packet)은 네트워크에서 데이터를 전송하기 위해 작게 나눈 데이터 조각으로, 네트워크 통신의 효율성과 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.
• 패킷 스위칭 방식은 데이터를 독립적인 패킷으로 나누어 네트워크 경로를 유연하게 선택해 전송하며, 이를 통해 인터넷을 포함한 다양한 네트워크에서 데이터 통신의 효율성을 극대화합니다.
• 패킷은 데이터를 전송할 때 헤더, 데이터, 오류 검출 정보 등을 포함하며, 목적지에서 재조립되어 원래의 데이터로 복구됩니다.