네트워크 패킷
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1. 개요
네트워크 패킷은 컴퓨터 네트워크에서 데이터를 전송하는 데 사용되는 프로토콜 데이터 유닛(PDU)의 한 종류이다. OSI 모형의 3계층인 네트워크 계층에서 사용되며, 2계층의 프레임, 4계층의 세그먼트/데이터그램과 함께 데이터를 전송하는 단위로 사용된다. 패킷은 헤더와 페이로드로 구성되며, 주소, 오류 감지 및 수정, 홉 제한, 길이, 프로토콜 식별자, 우선 순위, 페이로드 등의 구성 요소를 포함할 수 있다. IP 패킷, NASA Deep Space Network 패킷, MPEG PES, NICAM 패킷 등이 있으며, 한국 이동통신 과금 단위로도 사용된다.
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- 패킷 - 프로토콜 데이터 단위
프로토콜 데이터 단위(PDU)는 네트워크 통신에서 데이터 전송의 기본 단위로서, 각 계층은 서비스 데이터 단위(SDU)에 헤더와 제어 정보를 더해 PDU를 생성하며, 데이터 구조화, 오류 검출, 주소 지정 등의 기능을 수행하여 효율적인 통신을 지원하고, 크기는 네트워크 성능, MTU, IP 단편화, 보안 문제와 관련된다. - 패킷 - 셀 릴레이
셀 릴레이는 가변 길이 사용자 패킷을 고정 길이 셀 그룹으로 분할하여 고속으로 전송하는 기술이며, 지연에 민감한 트래픽에 사용되고, 흐름 제어 및 오류 검출 기능은 없으며, 비동기 전송 방식(ATM)과 같은 고속 패킷 스위칭 기술의 구현에 사용된다. - 통신 - 무선 통신
무선 통신은 전선 없이 전자기파 등을 이용하여 정보를 전달하는 방식으로, 마르코니의 무선 전신 실험 성공 이후 다양한 형태로 발전해왔으며, 현대 사회에서 필수적인 기술로 자리 잡았다. - 통신 - 메이데이
메이데이는 심각한 위험에 처한 선박, 항공기 등이 즉각적인 구조를 요청할 때 사용하는 국제적인 구조 신호로, 1923년 프레더릭 스탠리 맥포드가 프랑스어 "m'aidez"에서 착안하여 고안되었으며, 허위 호출은 범죄로 간주된다. - 정보의 단위 - 제타바이트
제타바이트는 컴퓨터 저장 용량을 나타내는 단위 중 하나로, 킬로바이트, 메가바이트 등과 함께 사용되며 십진 접두어와 이진 접두어의 혼동에 주의해야 한다. - 정보의 단위 - 테라비트
테라비트는 1조 비트를 나타내는 정보량 단위로, 테라바이트와 혼동될 수 있으며, 컴퓨터 분야에서는 테비비트가 사용되기도 하고, 고속 네트워크 속도나 고용량 메모리 용량을 나타낼 때 주로 사용된다.
| 네트워크 패킷 | |
|---|---|
| 네트워크 패킷 정보 | |
| 유형 | 네트워크 프로토콜 데이터 단위 |
| 약칭 | PDU |
| 관련 프로토콜 계층 | OSI 모형의 계층 3 (네트워크 계층) |
| 기타 관련 계층 | 계층 2 (데이터 링크 계층): 프레임 계층 4 (전송 계층): 세그먼트 또는 데이터그램 |
| 구조 | |
| 헤더 | 라우팅 정보, 오류 감지 코드 등 |
| 페이로드 | 전송되는 실제 데이터 |
| 트레일러 (선택 사항) | 오류 감지 또는 수정 정보 |
2. 용어
컴퓨터 네트워크의 7계층 OSI 모형에서 ''패킷''은 엄밀히 말해 3계층, 즉 네트워크 계층의 프로토콜 데이터 유닛(PDU)을 지칭한다.[2] 데이터 링크 계층(2계층)의 데이터 단위는 ''프레임''이며, 전송 계층(4계층)의 데이터 단위는 ''세그먼트''와 ''데이터그램''이다. 이더넷을 통한 TCP/IP 통신의 예를 들면, TCP 세그먼트는 하나 이상의 IP 패킷에 실려 전송되며, 각 IP 패킷은 하나 이상의 이더넷 프레임에 실려 전송된다.
2. 1. PDU (Protocol Data Unit)
컴퓨터 네트워크의 7계층 OSI 모형에서 프레임, 패킷, 세그먼트는 컴퓨터 간 통신에 사용되는 데이터를 전송하는 단위이다. 이 단위를 PDU (Protocol Data Unit, 프로토콜 데이터 유닛)라고 한다.[2]2. 2. 프레임 (Frame)
OSI 모형의 2계층인 데이터 링크 계층의 데이터 단위는 ''프레임''이다.[2] 데이터 링크 계층 통신에서 사용되는 프로토콜 데이터 유닛(PDU)의 명칭이다. 프레임 릴레이처럼 3계층을 포함하여 사용되는 경우도 있다. MAC 프레임, PPP 프레임, HDLC 프레임 등도 사용된다.2. 3. 패킷 (Packet)
패킷은 OSI 모형의 네트워크 계층(3계층)에서 사용되는 프로토콜 데이터 유닛(PDU)이다.[2] 3계층에서 사용되는 패킷으로는 X.25 패킷, 데이터그램이 있지만 일반적으로 IP 패킷이라고 불린다.IP 패킷은 헤더와 페이로드로 이루어진다. IPv4 패킷 헤더는 다음으로 구성된다:[15]
| 00 | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | 06 | 07 | 08 | 09 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | (비트 위치) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 버전 | IHL | QoS | 길이 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 식별 | 0 | DF | MF | 프레그먼트 오프셋(Fragment Offset) | ||||||||||||||||||||||||||||
| TTL | 프로토콜 | 체크섬 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 원본 IP | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 도착 IP | ||||||||||||||||||||||||||||||||
2. 4. 세그먼트 (Segment)
OSI 모형의 4계층인 전송 계층의 데이터 유닛은 ''세그먼트''와 ''데이터그램''이다.[2] TCP에서 사용되는 프로토콜 데이터 유닛(PDU)은 세그먼트이다. TCP는 OSI 7계층 중 4계층에 해당한다. UDP에서는 전송 단위로 데이터그램을 사용한다.2. 5. 용어의 혼용
일반적으로 이러한 용어들은 엄격하게 구분되지 않고 사용된다. 단순히 데이터를 전송하는 단위라는 의미로 패킷이라는 표현이 자주 사용된다.[2] 데이터 링크 계층의 데이터는 프레임이며, 네트워크 계층 이상의 데이터는 패킷이라고 부르기도 한다.3. 패킷의 구조
패킷은 우편 서신과 같이 헤더, 페이로드, 푸터로 구성될 수 있다. 네트워크 설계는 패킷을 사용하여 오류 감지와 다중 호스트 주소 지정을 수행한다.[3][4] IPv4 패킷 헤더의 구성은 다음과 같다:[15]
| 비트 위치 | 0-3 | 4-7 | 8-15 | 16-31 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 버전 | IHL | QoS | 길이 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 32 | 식별 | 플래그 (0, DF, MF) | 프래그먼트 오프셋 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 64 | TTL | 프로토콜 | 체크섬 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 96 | 원본 IP | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 128 | 도착 IP | |||||||||||||||||||||||||||||||
3. 1. 구성 요소
IP 패킷은 헤더와 페이로드로 구성된다.[15] 네트워크 패킷은 다음 구성 요소를 포함할 수 있다.- '''오류 감지 및 수정:''' 오류 감지 및 수정은 프로토콜 스택의 다양한 계층에서 수행된다. 네트워크 패킷에는 전송 중 발생하는 오류를 감지하기 위해 체크섬, 패리티 비트 또는 순환 중복 검사가 포함될 수 있다.[6] 송신기에서는 패킷을 보내기 전에 계산을 수행하고, 대상에서 수신되면 체크섬을 다시 계산하여 패킷의 체크섬과 비교한다. 불일치가 발견되면 패킷을 수정하거나 폐기할 수 있다.
- '''홉 제한:''' 오류 발생 시 패킷이 폐쇄 회로를 순회할 수 있다. 순환하는 패킷 수가 증가하면 네트워크에 혼잡이 발생할 수 있다. TTL(Time to live)은 패킷이 네트워크 홉을 통과할 때마다 1씩 감소하는 필드이다. 필드가 0에 도달하면 라우팅이 실패하고 패킷이 폐기된다.[6]
- '''프로토콜 식별자:''' 네트워크에서 여러 통신 프로토콜을 사용하는 경우가 많다. 프로토콜 식별자 필드는 패킷의 프로토콜을 지정한다.
3. 2. 프레이밍 (Framing)
통신 프로토콜은 패킷의 요소를 구분하고 사용자 데이터를 형식화하기 위해 다양한 규칙을 사용한다. 예를 들어, 점대점 프로토콜에서 패킷은 8비트 바이트로 형식화되며, 특수 문자가 요소를 구분하는 데 사용된다. 이더넷과 같은 다른 프로토콜은 패킷 시작을 기준으로 헤더와 데이터 요소의 시작 위치를 설정한다. 일부 프로토콜은 바이트 수준이 아닌 비트 수준에서 정보를 형식화한다.[5]4. 예시
다음은 네트워크 패킷의 몇 가지 예시다.
- IP 패킷: 헤더와 페이로드로 구성된다.
- NASA Deep Space Network 패킷: CCSDS 패킷 원격 측정 표준은 심우주 채널을 통해 우주선 계측기 데이터를 전송하는 데 사용되는 프로토콜을 정의한다.
- MPEG 패킷화된 스트림 (PES): 기본 스트림을 패킷으로 분할한다.
- NICAM 패킷: 모노럴 ''호환성''을 제공하기 위해 사운드 반송파와 함께 부반송파에 전송된다.
4. 1. 인터넷 프로토콜 (IP) 패킷
IP 패킷은 헤더와 페이로드로 이루어진다.[15] IPv4 패킷 헤더는 다음 표와 같이 구성된다.| 비트 → | 0-3 | 4-7 | 8-15 | 16-18 | 19-31 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 버전 | IHL | QoS | 길이 | |
| 32 | 식별 | 플래그 | 프래그먼트 오프셋 | ||
| 64 | TTL | 프로토콜 | 체크섬 | ||
| 96 | 원본 IP 주소 | ||||
| 128 | 대상 IP 주소 | ||||
| 160 | 옵션 (IHL이 5보다 큰 경우) | ||||
| 페이로드 | |||||
IP 패킷 헤더는 고정 필드와 선택적 필드로 구성된다. 페이로드는 헤더 바로 뒤에 나타난다. IP 패킷에는 트레일러가 없지만, IP 패킷은 종종 자체 헤더와 트레일러를 가진 이더넷 프레임 내부의 페이로드로 전송된다.
종단간 원칙에 따라, IP 네트워크는 패킷의 전달, 중복 방지 또는 순서대로의 전달을 보장하지 않는다. 그러나 이러한 보호를 제공하기 위해 패킷 서비스 위에 전송 제어 프로토콜(TCP)과 같은 신뢰성 있는 전송 프로토콜을 계층화하는 것이 일반적이다.
4. 2. NASA Deep Space Network 패킷
CCSDS 패킷 원격 측정 표준은 심우주 채널을 통해 우주선 계측기 데이터를 전송하는 데 사용되는 프로토콜을 정의한다. 이 표준에 따라 우주선 계측기에서 보낸 이미지 또는 기타 데이터는 하나 이상의 패킷을 사용하여 전송된다.4. 3. MPEG 패킷화된 스트림 (PES)
패킷화된 기본 스트림 (PES)은 MPEG-2 표준과 관련된 사양으로, 기본 스트림을 패킷으로 분할할 수 있도록 한다. 기본 스트림은 PES 패킷 헤더 사이에 기본 스트림에서 순차적인 데이터 바이트를 캡슐화하여 패킷화된다.비디오 또는 오디오 인코더에서 기본 스트림 데이터를 전송하는 일반적인 방법은 먼저 기본 스트림 데이터에서 PES 패킷을 만든 다음 이러한 PES 패킷을 MPEG 전송 스트림 (TS) 패킷 또는 MPEG 프로그램 스트림 (PS) 내부에 캡슐화하는 것이다. 그런 다음 TS 패킷은 ATSC 및 DVB에서 사용되는 것과 같은 방송 기술을 사용하여 전송할 수 있다.
4. 4. NICAM 패킷
NICAM 신호는 모노럴 ''호환성''을 제공하기 위해 사운드 반송파와 함께 부반송파에 전송된다. 즉, 주파수 변조 또는 진폭 변조 방식의 일반적인 모노 사운드 반송파는 모노럴 수신기에 의해 수신되도록 그대로 유지된다. NICAM 패킷(헤더 제외)은 전송 전에 9비트 의사 난수 비트 생성기로 스크램블된다. NICAM 비트스트림이 백색 잡음처럼 보이게 하는 것은 인접한 TV 채널의 신호 패턴을 줄이는 데 중요하다.5. 한국 이동통신 과금 단위
한국에서 이동통신 사업자는 휴대 전화나 PHS에서의 무선 패킷 통신(데이터 통신) 이용 요금을 계산할 때, 누적 통신량을 나타내는 단위로 "패킷"을 사용한다. 1 패킷은 128바이트[11][12][13]이며, 이는 2바이트 문자 64자에 해당한다.
참조
[1]
서적
Business Data Communication
Prentice-Hall, Inc.
2001
[2]
웹사이트
OSI Model
https://www.cloudfla[...]
[3]
웹사이트
Understanding The OSI Reference Model: An Analogy
http://www.tcpipguid[...]
2014-08-09
[4]
웹사이트
Chapter 5 Link Layer
http://www.msc.uky.e[...]
2021-10-23
[5]
웹사이트
Computer Networking : Principles,Protocols and Practice — CNP3www 2014 documentation
https://www.computer[...]
2024-08-05
[6]
웹사이트
Network Packet (fundamental unit of information)
https://networkencyc[...]
2024-08-05
[7]
문서
OSI参照モデルでは、第4層のトランスポート層。IETF RFC 1122では、トランスポート層
[8]
문서
OSI参照モデルでは、第2層のデータリンク層。IETF RFC 1122では、リンク層
[9]
문서
OSI参照モデルでは、第4層 トランスポート層。IETF RFC 1122では、トランスポート層
[10]
문서
通信路を占有する方式には回線交換方式がある。
[11]
웹사이트
パケット・バイト換算
http://www.nttdocomo[...]
NTTドコモ
2013-09-11
[12]
웹사이트
モバイルデータ通信（携帯電話からの接続）
http://www.softbank.[...]
ソフトバンクモバイル
2013-09-11
[13]
웹사이트
パケット通信のご注意
http://www.au.kddi.c[...]
2013-04-03
[14]
서적
Business Data Communication
Prentice-Hall, Inc.
2001
[15]
RFC
RFC 791
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