패킷 스위칭편집자 확인

패킷 스위칭에서 데이터는 전송 전에 작은 단위인 패킷으로 분할된다. 이 과정을 패킷 분할 또는 세그멘테이션이라고 한다. 송신 호스트나 라우터는 원본 데이터를 일정 크기의 패킷으로 나누고, 각 패킷에는 순서 번호와 같은 제어 정보가 포함된 헤더를 추가한다.

패킷들은 네트워크를 통해 독립적으로 전송된다. 각 패킷은 네트워크 상황에 따라 서로 다른 경로를 통해 목적지에 도달할 수 있다. 이로 인해 패킷의 도착 순서가 송신 순서와 다를 수 있다.

목적지에 도착한 패킷들은 패킷 재조립 과정을 거쳐 원본 데이터로 복원된다. 수신 측은 각 패킷의 헤더에 포함된 순서 번호 정보를 이용하여 패킷들을 올바른 순서로 배열한다. 모든 패킷이 정상적으로 도착하면 하나의 완전한 데이터 스트림이 조립된다.

패킷 분할과 재조립의 주요 이점은 다음과 같다.

* 네트워크 자원의 효율적 공유: 큰 데이터 블록이 회선을 장시간 독점하는 것을 방지한다.

* 오류 제어의 용이성: 손상되거나 손실된 패킷만 재전송하면 된다.

* 다양한 경로 활용: 네트워크 혼잡을 피해 패킷별로 최적의 경로를 선택할 수 있다.

각 패킷의 앞부분에는 헤더라는 제어 정보가 포함된다. 이 헤더는 패킷이 올바른 목적지에 도달하고 원본 메시지로 재조립될 수 있도록 하는 데 필요한 핵심 데이터를 담고 있다.

헤더에 포함되는 일반적인 정보는 다음과 같다.

네트워크의 각 라우터는 패킷의 헤더를 검사하여 목적지 주소를 확인한다. 라우터는 내부에 저장된 라우팅 테이블을 참조하여 해당 목적지로 가기 위한 최적의 다음 경로, 즉 '다음 홉'을 결정한다. 이 결정은 라우팅 알고리즘과 라우팅 프로토콜에 따라 이루어진다. 결정된 경로에 따라 패킷은 다음 라우터로 전달되며, 이 과정이 목적지에 도달할 때까지 반복된다.

이러한 방식은 각 패킷이 독립적으로 경로를 선택할 수 있게 하여 네트워크 자원을 효율적으로 활용한다. 네트워크 상태에 따라 서로 다른 패킷이 서로 다른 경로로 전송될 수 있으며, 이는 트래픽 분산과 장애 회피에 기여한다.

데이터그램 방식은 패킷 스위칭의 두 주요 방식 중 하나로, 각 패킷이 독립적으로 전송되고 경로가 결정되는 연결 없는(connectionless) 서비스를 제공한다. 이 방식에서는 전송 전에 사전 연결 설정 단계가 존재하지 않으며, 각 패킷은 목적지 주소를 포함한 헤더 정보를 바탕으로 네트워크를 통해 독립적으로 라우팅된다. 동일한 메시지에서 분할된 패킷들도 서로 다른 경로를 통해 전달될 수 있으며, 이로 인해 목적지에 도착하는 순서가 송신 순서와 다를 수 있다.

데이터그램 방식의 핵심 특징은 다음과 같다.

이 방식의 장점은 네트워크 자원을 효율적으로 활용할 수 있고, 특정 경로에 장애가 발생해도 다른 경로로 패킷을 전송할 수 있는 유연성과 내결함성을 갖춘다는 점이다. 반면, 패킷의 순서 재조립을 위한 추가 처리 오버헤드가 발생할 수 있으며, 각 패킷마다 완전한 주소 정보를 포함해야 하므로 헤더 오버헤드가 상대적으로 클 수 있다. 데이터그램 방식은 인터넷의 근간을 이루는 IP 통신의 기본 모델로 채택되어, 전 세계적인 데이터 통신의 표준 방식으로 자리 잡았다.

가상 회선 방식은 패킷 스위칭의 한 방법으로, 데이터 전송 전에 발신지와 수신지 사이에 논리적인 연결 경로를 설정하는 것을 특징으로 한다. 이 사전에 설정된 경로를 가상 회선이라고 부른다. 모든 패킷은 이 미리 확립된 동일한 경로를 따라 순서대로 전송되며, 각 패킷은 전체 목적지 주소 대신 짧은 가상 회선 식별자를 헤더에 포함한다.

이 방식의 동작은 크게 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제의 세 단계로 나뉜다. 먼저 발신지가 특수한 제어 패킷을 네트워크에 보내 연결 설정을 요청하면, 네트워크 내의 스위치들이 경로를 결정하고 상태 정보를 저장한다. 이후 전송되는 모든 데이터 패킷은 설정된 VCI 값만으로 스위칭되어, 처음과 동일한 경로를 통해 순차적으로 도착한다. 데이터 전송이 완료되면 연결 해제 패킷이 교환되어 가상 회선이 종료된다.

가상 회선 방식의 주요 장점은 패킷이 경로를 재탐색할 필요가 없어 전송 지연이 비교적 예측 가능하고, 패킷이 전송된 순서대로 도착한다는 점이다. 이는 실시간 통신이나 연결 지향적 통신에 유리한 특성이다. 반면, 연결 설정에 따른 초기 오버헤드가 발생하며, 경로상의 스위치가 연결 상태 정보를 유지하고 관리해야 하는 부담이 있다.

이 방식은 전통적으로 X.25 네트워크나 프레임 릴레이에서 구현되었으며, MPLS와 같은 현대 기술에서도 그 개념이 응용되고 있다.

패킷 스위칭의 주요 장점은 네트워크 자원의 효율적 활용과 견고한 통신 구조에 있다. 첫째, 회선 스위칭과 달리 전용 물리적 경로를 점유하지 않는다. 데이터는 작은 패킷으로 분할되어 네트워크를 통해 독립적으로 전송되며, 각 패킷은 이용 가능한 경로를 통해 최적의 루트로 전달된다. 이로 인해 동일한 통신 링크를 여러 사용자의 패킷이 시분할 방식으로 공유할 수 있어 링크 이용률이 크게 향상된다.

둘째, 네트워크의 견고성과 신뢰성이 높다. 특정 경로나 스위치에 장애가 발생하더라도 라우팅 프로토콜은 패킷을 우회 경로로 재지정할 수 있다. 이는 군사적 목적으로 개발된 초기 네트워크의 핵심 설계 철학이었으며, 부분적 네트워크 장애가 전체 통신을 중단시키지 않도록 보장한다.

셋째, 다양한 데이터 유형과 트래픽 패턴에 유연하게 대응할 수 있다. 음성, 비디오, 텍스트 등 서로 다른 대역폭과 지연 요구사항을 가진 데이터를 동일한 네트워크 인프라에서 전송할 수 있다. 또한, 송신 측과 수신 측의 데이터 전송 속도가 달라도 패킷 버퍼링을 통해 조정이 가능하다.

마지막으로, 비용 효율성이 뛰어나다. 네트워크 자원을 통계적으로 다중화하여 공유함으로써 사용자당 전송 비용을 낮출 수 있다. 이는 대규모 인터넷과 같은 공공 데이터 네트워크의 경제적 기반을 제공하는 핵심 요소이다.

패킷 스위칭은 네트워크 자원을 효율적으로 공유하지만, 몇 가지 고유한 단점을 지닌다. 가장 큰 문제는 지연과 지터이다. 각 패킷은 독립적으로 경로를 선택하며 전송되므로, 네트워크 혼잡이나 경로 차이에 따라 패킷마다 도착 시간이 달라질 수 있다. 이로 인해 실시간 통신이나 음성 전화와 같은 애플리케이션에서는 품질 저하가 발생할 수 있다.

또한, 패킷 분할과 독립적 전송으로 인해 패킷의 순서가 바뀌어 도착하는 패킷 재정렬 현상이 발생할 수 있다. 수신 측에서는 이러한 패킷들을 올바른 순서로 재조립해야 하므로 추가적인 처리 부담이 생긴다. 네트워크 혼잡 시에는 패킷이 폐기될 수 있으며, 이는 패킷 손실로 이어진다. 손실된 패킷을 복구하기 위해 재전송이 필요하면 전체 처리량이 감소하고 지연이 더욱 증가하는 악순환이 발생하기도 한다.

패킷 스위칭 네트워크의 성능은 다른 사용자의 트래픽에 크게 영향을 받는다. 이는 공유 매체의 본질적인 특성으로, 예측 가능한 성능을 보장하기 어렵게 만든다. 이러한 문제를 완화하기 위해 QoS 메커니즘이 도입되었지만, 네트워크 복잡성을 증가시키는 요인이 된다.

마지막으로, 각 패킷에는 출발지, 목적지, 순서 번호 등 제어 정보를 담은 헤더가 추가된다. 이 오버헤드는 전송해야 할 실제 데이터의 양을 증가시켜 대역폭 사용 효율을 약간 낮추는 원인이 된다.

IP는 패킷 스위칭 네트워크에서 패킷의 주소 지정과 경로 배정을 담당하는 핵심 프로토콜이다. 이 프로토콜은 인터넷 및 대부분의 LAN에서 사용되는 TCP/IP 프로토콜 스위트의 네트워크 계층 부분을 구성한다. IP의 주요 역할은 발신지에서 목적지까지 데이터그램(패킷)을 전달하는 것이며, 이 과정에서 라우팅과 단편화를 수행한다.

IP는 비연결형 및 비신뢰성 서비스를 제공한다. 비연결형이란 각 패킷이 독립적으로 전송되며 사전에 설정된 경로를 공유하지 않음을 의미한다. 비신뢰성은 패킷의 전달, 순서, 중복 방지를 보장하지 않는다는 특징을 가리킨다. 이러한 보장은 상위 계층 프로토콜인 TCP와 같은 다른 프로토콜에 맡겨진다. IP 패킷의 구조는 데이터를 운반하는 페이로드와 주소 및 제어 정보를 포함하는 헤더로 이루어져 있다.

주요 IP 버전으로는 IPv4와 IPv6가 있다. IPv4는 32비트 주소 체계를 사용하여 약 43억 개의 고유 주소를 제공하지만, 인터넷의 급격한 성장으로 인해 주소 고갈 문제가 발생했다. 이를 해결하기 위해 개발된 IPv6는 128비트 주소 공간을 사용하여 거의 무한에 가까운 주소를 제공하며, 보안과 네트워크 자동 구성 기능이 강화되었다.

IP 프로토콜의 동작은 라우터에 의존한다. 라우터는 패킷의 IP 헤더에 기록된 목적지 주소를 확인하고, 자신의 라우팅 테이블을 참조하여 다음 홉으로 패킷을 전달한다. 이 과정을 통해 패킷은 최종 목적지에 도달할 때까지 네트워크를 가로지르게 된다.

X.25는 패킷 스위칭 네트워크를 위한 ITU-T 표준 프로토콜 스위트이다. 1970년대에 개발되어 1980년대와 1990년대 초반에 공중 데이터 네트워크 서비스의 기반이 되었다. 이 프로토콜은 신뢰성이 낮은 아날로그 전화 회선을 통한 데이터 통신을 위해 설계되었으며, 가상 회선 방식을 사용하여 종단 간 연결을 설정한다.

X.25 네트워크는 DCE(Data Circuit-terminating Equipment)와 DTE(Data Terminal Equipment)로 구성된다. DTE는 일반적으로 사용자 측의 단말기나 호스트 컴퓨터를 의미하며, DCE는 네트워크에 접속하는 모뎀 같은 장비를 가리킨다. 프로토콜 구조는 물리 계층(X.21), 프레임 계층(LAPB), 패킷 계층의 3계층으로 나뉜다. 패킷 계층은 PLP(Packet Layer Protocol)라고 불리며, 가상 회선의 설정, 데이터 전송, 회선 해제를 관리한다.

X.25는 네트워크 계층(OSI 3계층)까지의 오류 제어와 흐름 제어를 광범위하게 수행한다. 이는 당시 품질이 낮은 통신 회선에서 데이터 무결성을 보장하기 위한 핵심 특징이었다. 그러나 각 중간 노드에서의 오류 검사와 재전송 처리는 오버헤드를 증가시켜 전송 지연을 유발하고 처리 속도를 제한하는 단점으로 작용했다.

다음은 X.25의 주요 특징을 정리한 표이다.

신뢰성 있는 서비스를 제공했지만, 처리 속도가 느리고 오버헤드가 크다는 한계로 인해 이후 등장한 프레임 릴레이나 IP 기반 네트워크에 자리를 내주었다.

프레임 릴레이는 패킷 스위칭 기술의 일종으로, 주로 WAN 구간에서 효율적인 데이터 전송을 위해 개발되었다. 이 기술은 X.25의 복잡한 오류 제어 기능을 단순화하여 더 높은 전송 속도와 낮은 지연을 실현하는 데 중점을 두었다. 프레임 릴레이는 OSI 모델의 데이터 링크 계층(2계층)에서 동작하며, 가변 길이의 데이터 단위인 '프레임'을 전송한다.

프레임 릴레이 네트워크는 가상 회선 방식을 사용하여 통신 경로를 설정한다. 각 가상 회선은 DLCI라는 고유 번호로 식별된다. 프레임 릴레이의 주요 특징은 네트워크 내부에서 에러 검출은 수행하지만, 에러 복구(재전송)는 최종 단말 장치에 맡긴다는 점이다. 이로 인해 처리 오버헤드가 줄어들어 X.25에 비해 훨씬 빠른 데이터 전송이 가능해졌다.

프레임 릴레이 서비스는 일반적으로 통신 사업자가 제공하며, 사용자는 CIR을 계약하여 일정 수준의 대역폭을 보장받는다. CIR을 초과하는 트래픽은 네트워크 상태에 따라 전송될 수도 있고 폐기될 수도 있다. 아래 표는 프레임 릴레이의 주요 특성을 요약한 것이다.

1990년대와 2000년대 초반에 LAN 간 연결이나 기업 본부와 지사 연결에 널리 사용되었으나, 이후 대역폭이 더 크고 비용 효율적인 MPLS나 인터넷 기반 VPN 기술에 그 자리를 내주었다. 그러나 여전히 특정 분야나 레거시 시스템에서 활용되고 있다.

인터넷 통신은 패킷 스위칭 기술을 근간으로 구축된 대표적인 응용 분야이다. 전 세계의 수많은 컴퓨터와 네트워크를 연결하는 인터넷은 모든 데이터를 패킷이라는 작은 단위로 분할하여 전송한다. 이메일, 웹 페이지, 동영상 스트리밍 등 모든 형태의 정보는 IP 패킷으로 변환되어 네트워크를 통해 목적지까지 전달된다. 각 패킷은 독립적으로 경로를 선택하며, 최종 목적지에서 원본 데이터로 재조립된다.

인터넷의 핵심 프로토콜인 TCP/IP는 패킷 스위칭을 기반으로 설계되었다. TCP는 패킷의 순서 보장, 손실 복구, 흐름 제어를 담당하여 신뢰성 있는 연결을 제공한다. 반면, IP는 패킷의 주소 지정과 라우팅을 담당하여 각 패킷이 최적의 경로를 통해 전달되도록 한다. 이 계층적 구조는 네트워크의 확장성과 견고성을 보장한다.

인터넷 통신에서 패킷 스위칭의 주요 이점은 네트워크 자원의 효율적 공유와 장애 극복 능력이다. 여러 사용자의 패킷이 동일한 통신 링크를 공유하여 대역폭을 효율적으로 활용한다. 또한, 네트워크의 일부 경로에 장애가 발생하더라도 패킷은 다른 경로를 통해 우회하여 전송될 수 있다. 이러한 특성은 인터넷을 단일 장애점이 없는 탄력적인 네트워크로 만든다.

이러한 패킷 기반의 아키텍처는 인터넷이 폭발적으로 성장하고 다양한 응용 서비스를 수용할 수 있는 기반을 제공했다. 모든 통신이 고정된 대역폭을 점유하는 회선 스위칭 방식과는 달리, 패킷 스위칭은 온디맨드 방식으로 자원을 사용하여 인터넷의 근본적인 경제성과 유연성을 가능하게 했다.

VoIP는 패킷 스위칭 네트워크를 통해 음성 통화를 전송하는 기술이다. 기존의 회선 스위칭 방식을 사용하는 공중전화망과 달리, 음성 신호를 디지털 패킷으로 변환하여 인터넷 프로토콜 네트워크 상에서 데이터와 함께 전송한다. 이는 음성 통신을 데이터 통신의 한 형태로 통합하는 것을 의미한다.

VoIP 시스템은 음성 신호를 압축하고 패킷으로 나눈 후, 각 패킷에 헤더 정보를 추가하여 네트워크를 통해 독립적으로 전송한다. 수신측에서는 도착한 패킷들을 재조립하고, 지연이나 순서가 뒤섞인 패킷을 처리하여 원래의 음성 신호로 복원한다. 이 과정은 데이터그램 방식과 유사하게 각 패킷이 최적의 경로를 통해 독립적으로 전송될 수 있다.

그러나 패킷 손실과 지연과 같은 네트워크 상태의 변동은 음질 저하를 초래할 수 있다. 이를 완화하기 위해 QoS (서비스 품질) 메커니즘이 적용되어 음성 패킷에 우선순위를 부여하거나, 지터 버퍼를 사용한다. VoIP는 인터넷 통신의 핵심 응용 분야 중 하나로, 전통적인 전화 서비스와 데이터 네트워크의 경계를 허물었다.

이메일과 파일 전송은 패킷 스위칭 네트워크의 대표적인 응용 서비스이다. 이메일 메시지나 전송할 파일은 네트워크를 통해 이동하기 전에 작은 패킷들로 분할된다. 각 패킷은 발신자와 수신자의 주소, 순서 정보, 오류 검출 코드 등을 담은 헤더를 포함하며, 네트워크의 라우터를 통해 독립적으로 목적지까지 전송된다. 목적지에서는 도착한 패킷들을 원래의 순서대로 재조립하여 원본 메시지나 파일을 복원한다.

이러한 방식은 대용량 파일을 전송할 때 특히 효율적이다. 하나의 큰 파일이 통째로 한 경로를 점유하는 것이 아니라, 여러 패킷으로 나뉘어 네트워크 자원을 공유하며 전송되기 때문이다. 만약 전송 중 일부 패킷에 오류가 발생하거나 손실되더라도, TCP와 같은 신뢰성 있는 전송 계층 프로토콜은 손실된 패킷만 재전송 요청을 할 수 있다. 이는 전체 파일을 다시 보내야 하는 상황보다 훨씬 효율적이다.

이메일과 파일 전송 프로토콜은 일반적으로 다음과 같은 조합으로 동작한다.

이메일과 파일 전송의 보편화는 패킷 스위칭 기술, 특히 인터넷 프로토콜 스위트(TCP/IP)의 성공과 직접적으로 연결되어 있다. 패킷 스위칭은 네트워크 대역폭을 유연하게 공유하게 함으로써, 사용자들이 비교적 저렴한 비용으로 비동기적으로 데이터를 교환할 수 있는 기반을 마련했다.

폴 배런은 1960년대 초 RAND Corporation에서 핵전쟁 상황에서도 견딜 수 있는 통신망을 연구하던 중, 메시지를 작은 블록으로 나누어 전송하는 아이디어를 제안했다. 그의 1964년 보고서 "On Distributed Communications Networks"는 분산 네트워크와 메시지 블록 스위칭 개념을 설명했다. 비슷한 시기 영국의 도널드 데이비스는 National Physical Laboratory에서 독립적으로 유사한 개념을 개발했으며, 1965년 이 데이터 블록에 "패킷"이라는 용어를 처음 사용했다[4].

이론적 개념은 ARPANET의 구축을 통해 실현되었다. 1969년, 미국 국방부의 지원을 받은 이 네트워크는 UCLA와 SRI를 연결하는 첫 번째 노드를 성공적으로 가동했다. 로런스 로버츠와 레너드 클라인록을 포함한 연구자들은 인터페이스 메시지 프로세서를 사용하여 패킷 스위칭을 구현했다. 1972년 공개 데모에서 전자우편 전송 등이 선보여졌고, 이는 기술의 실용성을 입증하는 계기가 되었다.

초기 패킷 스위칭 네트워크의 발전은 이후 프로토콜의 기초를 마련했다. ARPANET에서 사용된 NCP는 TCP/IP 프로토콜 스위트로 진화했으며, 이는 현대 인터넷의 핵심이 되었다. 한편, CCITT는 1976년 X.25 표준을 승인하여 공중 데이터 네트워크 서비스의 기반을 제공했다.

현대 네트워크에서 패킷 스위칭은 단순한 데이터 전송 방식을 넘어서 인터넷 및 디지털 인프라의 근간을 이루는 핵심 기술이다. TCP/IP 모델을 기반으로 한 IP 네트워크는 전 세계의 모든 통신을 패킷 단위로 처리하며, 이는 웹 브라우징, 스트리밍, 클라우드 컴퓨팅 등 모든 온라인 활동의 토대가 된다. 특히 모바일 네트워크의 진화와 함께, 4G LTE와 5G 네트워크에서도 데이터 채널은 패킷 스위칭 방식을 사용하여 효율적인 자원 공유와 높은 데이터 처리량을 실현한다.

패킷 스위칭 기술은 클라우드 컴퓨팅과 가상화 환경에서도 결정적인 역할을 한다. 대규모 데이터 센터 내부에서는 수많은 가상 머신과 컨테이너 간의 통신이 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 가상 스위치를 통해 패킷 스위칭으로 이루어진다. 이는 물리적 하드웨어의 제약을 넘어 유연하고 동적인 네트워크 자원 할당을 가능하게 한다. 또한, QoS 및 트래픽 엔지니어링 기술의 발전으로 실시간 통신과 대용량 데이터 전송 등 다양한 요구사항을 하나의 패킷 네트워크 위에서 동시에 지원할 수 있게 되었다.

패킷 스위칭 네트워크는 지속적으로 진화하여 IPv6의 도입으로 주소 공간을 확장하고, MPLS와 같은 기술로 트래픽 흐름을 최적화한다. 미래 네트워크인 6G와 저궤도 위성 인터넷과 같은 새로운 환경에서도 패킷 스위칭의 기본 원리는 변함없이 적용될 것으로 예상된다. 이는 네트워크의 탄력성, 확장성 및 비용 효율성에 대한 패킷 스위칭의 근본적 가치가 지속적으로 유효하기 때문이다.

라우팅 알고리즘은 네트워크에서 패킷이 출발지에서 목적지까지 효율적으로 전달되도록 최적의 경로를 결정하는 규칙과 절차의 집합이다. 이 알고리즘은 라우터나 스위치와 같은 네트워크 장비에서 실행되며, 네트워크 토폴로지, 링크 비용, 트래픽 부하 등의 정보를 기반으로 경로를 계산한다. 라우팅 알고리즘의 주요 목표는 지연 최소화, 대역폭 활용 극대화, 패킷 손실 방지 등이다.

라우팅 알고이즘은 크게 정적 라우팅과 동적 라우팅으로 구분된다. 정적 라우팅은 관리자가 수동으로 경로 테이블을 구성하는 방식으로, 네트워크 변화에 자동으로 대응하지 못한다. 반면, 동적 라우팅은 라우팅 프로토콜을 사용하여 네트워크 상태 변화를 감지하고 라우팅 테이블을 자동으로 갱신한다. 주요 동적 라우팅 알고리즘에는 거리 벡터 알고리즘과 링크 상태 알고리즘이 있다.

최단 경로를 찾는 데는 다익스트라 알고리즘이 널리 사용된다. 이 알고리즘은 그래프 이론을 기반으로 하며, OSPF와 같은 링크 상태 라우팅 프로토콜의 핵심이다. 또한, 대규모 네트워크 간 라우팅에는 경로 벡터 프로토콜인 BGP가 사용되어 자율 시스템 간의 최적 경로를 교환한다. 현대 네트워크에서는 트래픽 부하 분산, 장애 복구, 서비스 품질 보장 등을 위해 이러한 알고리즘들이 복합적으로 적용된다.

패킷 손실은 네트워크를 통해 전송된 데이터 패킷이 목적지에 도착하지 못하는 현상이다. 주로 네트워크 혼잡, 오류, 버퍼 오버플로우, 또는 잘못된 라우팅으로 인해 발생한다. 패킷 손실은 데이터의 무결성을 해치고, TCP와 같은 신뢰성 있는 프로토콜의 경우 재전송을 유발하여 전체 처리량을 감소시킨다. 일부 응용 프로그램, 예를 들어 실시간 스트리밍이나 VoIP는 작은 손실률에도 민감하게 반응하여 서비스 품질이 저하된다.

패킷 지연은 패킷이 출발지에서 목적지까지 이동하는 데 걸리는 총 시간을 의미한다. 지연은 여러 구성 요소로 나뉜다.

이러한 지연의 합을 종단 간 지연이라고 부르며, 특히 실시간 통신에서 중요한 성능 지표가 된다.

패킷 손실과 지연은 서로 긴밀하게 연관되어 있다. 네트워크가 혼잡해지면 라우터의 버퍼에 패킷이 쌓이면서 대기열 지연이 증가한다. 버퍼가 가득 차면 새로 도착하는 패킷은 손실된다. 따라서 높은 지연은 곧 높은 손실 가능성을 내포한다. 네트워크 설계와 관리에서는 트래픽 제어 및 혼잡 제어 메커니즘을 통해 이러한 문제를 완화하려고 한다.

QoS는 네트워크가 특정 응용 프로그램, 사용자 또는 데이터 흐름에 대해 미리 정의된 성능 수준을 보장하거나, 최소한 우선적으로 처리하려는 능력을 의미한다. 패킷 스위칭 네트워크에서는 모든 패킷이 동등하게 취급되는 베스트 에포트 방식이 기본이다. 이는 단순하고 효율적이지만, 대역폭, 지연, 지터, 패킷 손실 등에 대한 보장이 없어 실시간 통신이나 중요한 트래픽에는 적합하지 않을 수 있다. QoS는 이러한 제한을 해결하기 위해 트래픽을 분류하고, 네트워크 자원을 관리하며, 정책에 따라 우선순위를 부여하는 메커니즘을 제공한다.

QoS의 주요 목표는 대역폭 관리, 지연 제어, 지터 감소, 패킷 손실 최소화이다. 이를 구현하기 위한 일반적인 기법은 다음과 같다.

현대 네트워크에서 QoS는 VoIP, 화상 회의, 원격 데스크톱, 스트리밍 미디어와 같은 실시간 및 대화형 응용 프로그램에 필수적이다. 예를 들어, VoIP 통화는 낮은 지연과 지터를 요구하며, 이러한 패킷에 높은 우선순위를 부여함으로써 통화 품질을 유지할 수 있다. 반면, 이메일이나 파일 다운로드와 같은 비실시간 트래픽은 상대적으로 낮은 우선순위로 처리될 수 있다. MPLS 네트워크나 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 환경에서는 더 세밀하고 유연한 QoS 정책의 구현이 가능해졌다.