패킷 교환 vs 회선 교환

OSI 모델을 배우기 전에 알아야 할 더 근본적인 질문 — 인터넷은 왜 옛날 전화망처럼 동작하지 않을까? 전화는 "회선 교환", 인터넷은 "패킷 교환"이라는 전혀 다른 방식을 씁니다.

① 회선 교환 (Circuit Switching) — 전화망의 방식

이 트렁크(간선)에는 물리적으로 회선이 3개뿐입니다. 아래 4개의 통신 쌍 중 누구든 "통화 시작"을 누르면 비어있는 회선 하나를 독점 예약합니다. 회선이 3개 다 차 있으면, 4번째로 시도한 쌍은 회선이 없어서 아예 연결조차 되지 못합니다 (통화 중 신호 · busy).

② 패킷 교환 (Packet Switching) — 인터넷의 방식

이번엔 같은 4개의 통신 쌍이 회선을 예약하지 않습니다. 대신 보낼 데이터를 작은 패킷으로 쪼개고, 각 패킷에 "이건 누구 것이고 어디로 가는지" 적은 헤더를 붙여 하나의 공유 링크로 흘려보냅니다. 링크는 한 번에 패킷 하나씩만 통과시킬 수 있어서, 여러 통신의 패킷들이 라우터의 대기열(큐)에서 순서를 기다렸다가 번갈아(통계적 다중화) 지나갑니다.

③ 핵심 비교 — 같은 상황, 두 가지 결말

이번엔 5개의 통신이 동시에 몰리는 상황을 두 방식으로 나란히 재생합니다. 회선 교환은 회선이 3개뿐이라 2개는 아예 실패하고, 패킷 교환은 공유 링크 하나로 5개 전부 성공하지만 도착 시간이 제각각입니다.

④ 장단점 — 왜 인터넷은 패킷 교환을 택했을까

⑤ 코드로 보는 패킷 헤더

패킷 교환에서 각 패킷은 자기 데이터 조각과 함께 "누가, 누구에게, 몇 번째 조각을" 보내는지 적은 헤더를 들고 다닙니다. 아주 단순화하면 이런 딕셔너리와 비슷합니다.

# 패킷 하나를 흉내낸 구조 (실제 IP 헤더는 훨씬 더 많은 필드를 가짐)
packet = {
    'src': '192.168.0.12',   # 출발지 주소 — 이 패킷을 보낸 쪽
    'dst': '203.0.113.7',    # 목적지 주소 — 라우터는 이것만 보고 다음 경로를 정함
    'seq': 42,               # 이 패킷의 순번 — 도착 후 원래 순서로 재조립할 때 씀
    'ttl': 64,               # 살아남을 수 있는 최대 홉(라우터 통과) 수
    'payload': b'...',       # 실제로 보내려는 데이터 조각 (전체 중 일부일 뿐)
}

# 같은 공유 링크로 여러 통신의 패킷이 이렇게 번갈아(라우터 큐 순서대로) 흘러갈 수 있음:
queue = [pkt_A1, pkt_B1, pkt_A2, pkt_C1, pkt_B2, ...]  # A, B, C는 서로 다른 통신