패킷 교환(Packet Switching)

1) 핵심 개념

• 패킷 교환: 데이터를 작은 패킷으로 나눠 저장-후-전달(store-and-forward) 방식으로 라우터를 거쳐 목적지까지 보내는 통신 방식.
• 통계적 다중화(Statistical Multiplexing): 회선 점유를 고정 예약하지 않고 유휴 대역을 동적으로 공유.

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2) 두 가지 방식

A. 데이터그램 방식 (Datagram, 연결 없음)

• 특징: 각 패킷이 독립적으로 라우팅(경로가 매 패킷 달라질 수 있음).
• 헤더에 전체 목적지 주소 포함.
• 순서/지연 보장 없음(수신 측이 재정렬/재전송 처리).
• 예: IP(인터넷), UDP.

장점

• 경로 다양화로 탄력성/복원력 높음(링크 장애 시 우회 쉬움).
• 설정 지연 없음(바로 전송).

단점

• 순서 뒤바뀜/손실 가능 → 상위 계층(TCP)이 복구 부담.
• 라우터의 제어부하(각 패킷 라우팅 결정).

B. 가상회선 방식 (Virtual Circuit, 연결 지향)

• 특징: 통신 전에 가상 경로(VC)를 설정하고, 이후 패킷은 VC 식별자(Label)로 전송(중간 라우터는 테이블 룩업만).
• 예: MPLS(Label Switching), ATM, 프레임 릴레이.

장점

• 고정 경로로 지터/오버헤드 감소, QoS 보장 용이.
• 라우터의 처리 가벼움(라벨 기반 포워딩).

단점

• 설정/복구 지연(경로 수립 필요).
• 경로 장애 시 재설정 필요.

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3) 동작 & 지연 요소

Store-and-Forward 전달

각 라우터는 패킷을 전부 수신 후 다음 홉으로 송신(대부분의 L3 라우터).
(스위칭 장비는 컷스루 등 최적화가 가능한 경우도 있음)

지연 구성

• 전송 지연: 패킷을 링크에 밀어 넣는 시간 = 패킷크기/전송률
• 전파 지연: 매질을 따라 신호가 이동하는 시간 = 거리/전파속도
• 처리 지연: 헤더 검사, 라우팅 결정
• 대기(큐잉) 지연: 혼잡 시 큐에서 기다리는 시간 → 스레싱처럼 혼잡이 커지면 급증