460. 패킷 손실 복구 메커니즘 개선 - 고유 패킷 번호 (재전송시 번호 바뀜)

핵심 인사이트 (3줄 요약)

본질: QUIC이 TCP의 치명적인 "재전송 딜레마(칸 알고리즘의 원인)"를 비웃으며 완벽하게 박살 낸 비결은, 재전송할 때 바보같이 옛날 패킷 번호(Seq)를 그대로 재탕하지 않고 **"재전송하는 패킷도 무조건 완전히 새로운 '새 번호표(고유 패킷 번호, Packet Number)'를 부여받아 발사되는 구조"**로 갈아엎은 데 있다.

모호성 타파 (Ambiguity Resolution): TCP는 100번을 잃어버려서 재전송할 때 또 똑같이 '100번'이라고 적어 보내서, 나중에 영수증이 오면 "이게 첫 번째 100번의 대답인지, 두 번째 100번의 대답인지" 헷갈려(RTT 오염) 미쳐버렸다. QUIC은 재전송할 때 **"새 번호 105번 (근데 알맹이는 옛날 100번 내용)"**으로 포장해서 쏘므로 절대로 헷갈릴 일이 1도 없다.

더 정교한 SACK과 NACK: "어떤 놈이 유실됐고 어떤 놈이 도착했는지"를 수신자가 알려줄 때, TCP는 SACK 블록이 3개밖에 없어서 디테일하게 말 못 했지만, QUIC은 무려 256개의 잃어버린 빈칸 목록을 한 방의 영수증(ACK Frame)에 좍 적어서 송신자에게 완벽한 정답지를 바칠 수 있는 넉넉한 공간을 가졌다.

Ⅰ. 개요 및 필요성 (Context & Necessity)

개념: QUIC 프로토콜에서 TCP의 시퀀스 넘버 체계가 가진 재전송 모호성(Retransmission Ambiguity)을 해결하기 위해, 데이터의 오프셋 번호(Stream Offset)와 전송되는 껍데기 번호(Packet Number)를 완전히 분리하여 단조 증가(Monotonically Increasing)하도록 재설계한 패킷 손실 복구 아키텍처.
필요성: TCP를 만든 옛날 사람들은 "택배 1번이 사라지면, 다시 1번이라고 써서 보내면 되지"라고 생각했다. 이게 칸(Karn) 알고리즘의 비극을 낳았다. 재전송 영수증인지 늦은 영수증인지 헷갈려서 핑 타임 계산(RTT)이 오염되었다. 구글 천재들은 분노했다. "야! 박스 겉면의 배송 번호표랑, 박스 안에 든 편지지의 내용물 번호표를 완전히 분리해!! 배송 번호표는 한 번 썼으면 영원히 버리고 무조건 새 번호표 뽑아서 딱지 붙여!!" 이 철학의 분리가 혼잡 제어의 정밀도를 100배 끌어올렸다.
💡 비유: 고유 패킷 번호(Packet Number) 제도는 식당의 **"재주문 진동벨 시스템"**과 같습니다.
- TCP (구형): 손님이 '15번 진동벨'을 받고 기다리다 제육볶음이 안 나와서 항의했습니다. 주방은 제육볶음을 다시 만들면서 또 '15번 진동벨'을 울립니다. 15번이 울렸을 때, 손님은 이게 첫 번째 시킨 게 나온 건지, 두 번째 시킨 게 나온 건지 헷갈립니다.
- QUIC (신형): 손님이 제육볶음이 안 나와서 항의했습니다. 직원은 기존 15번 진동벨을 폐기하고, 아예 완전히 새로운 **'88번 진동벨(새 Packet Number)'**을 줍니다. "고객님, 88번 울리면 받으러 오세요. (안의 내용물은 똑같은 제육볶음입니다)." 88번이 울리면 헷갈릴 일이 절대 없습니다!

📢 섹션 요약 비유: 패킷 번호와 데이터 번호의 분리는 우편의 "운송장 번호"와 "편지 페이지 번호"의 분리입니다. 편지 제1장(Stream Offset)이 유실되어 다시 보낼 때, 굳이 옛날 운송장 번호를 고집할 필요 없이 무조건 새로운 오늘 자 우체국 운송장 번호(Packet Number)를 발급받아 겉에 붙여 보내면 꼬일 일이 0%입니다.

Ⅱ. QUIC의 완벽한 이중 식별자 시스템 (Deep Dive)

QUIC 패킷을 돋보기로 까보면, TCP가 하나로 퉁치던 번호표가 두 개로 기가 막히게 분리되어 있다.

1. 껍데기의 번호: Packet Number (단조 증가)

패킷 겉면에 찍히는 번호다.

규칙은 단 하나: "무조건 1씩 증가한다. 절대 줄어들거나 같은 번호를 두 번 쓰지 않는다 (Strictly Monotonically Increasing)."
10번 패킷을 보냈는데 타임아웃이 나서 재전송을 해야 한다?
옛날 TCP는 또 10번이라고 써서 보냈다.
QUIC은? "지금 내가 보낼 차례가 11번이네? 그럼 11번 껍데기에 싸서 보내!"
이로 인해 수신자가 ACK 11을 주면, "오, 방금 재전송한 게 0.1초 만에 도착했구나!" 하고 RTT(핑)를 한 치의 오차 없이 완벽하게 소수점 4자리까지 정밀하게 계산해 낼 수 있다. (Karn 알고리즘 따위는 휴지통에 버렸다).

2. 알맹이의 번호: Stream Offset (데이터 조립용)

겉면 껍데기가 11번으로 바뀌어 도착하면 수신자 앱은 조립을 어떻게 할까? 걱정할 필요 없다.

11번 껍데기 박스를 까보면, 그 안에 Stream Offset = 500 이라고 알맹이의 원래 고유 위치(TCP의 시퀀스 넘버 역할)가 얌전하게 적혀 있다.
브라우저의 뇌구조: "아~ 박스는 11번으로 왔는데, 뜯어보니 아까 못 받았던 500번째 위치에 들어갈 사진 조각이구나! 쏙 끼워 넣자!"
즉, 배송 시스템(Packet Number)과 조립 시스템(Stream Offset)의 역할을 100% 디커플링(분리) 시킨 위대한 설계다.

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 │                TCP 재전송과 QUIC 재전송의 멘붕 차이 시각화           │
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 │   [ 구형 TCP의 눈물겨운 재전송 (모호성 폭발) ]                      │
 │   보냄: (Seq=10) ───(지연)──────────────────────▶ 늦게 도착  │
 │   보냄: (Seq=10) ───(재전송함!)────────▶ 일찍 도착            │
 │                                                             │
 │   수신자: "10번 잘 받았어! (ACK 10)" ──▶ 송신자: "? 둘 중 누구 영수증임?"│
 │                                                             │
 │   [ 최첨단 QUIC의 우아한 재전송 (완벽 해소) ]                      │
 │   보냄: (PN=10, 알맹이=10) ───(지연)────────────▶ 늦게 도착  │
 │   보냄: (PN=11, 알맹이=10) ───(재전송함!)──▶ 일찍 도착          │
 │                                                             │
 │   수신자: "11번 박스 잘 받았어! (ACK 11)" ──▶ 송신자: "오! 11번 영수증이네!│
 │           아까 지연된 건 아직 안 왔고, 방금 재전송한 게 먼저 꽂혔구나!!"   │
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3. 미친 용량의 넉넉한 ACK 블록 (ACK Frame)

TCP의 옵션 칸은 고작 40바이트 제한이라, 이빨 빠진 패킷을 알려주는 SACK 블록을 최대 3개(3 덩어리)밖에 못 적어 보냈다. 10개가 듬성듬성 빠지면 다 말해주지도 못했다.

QUIC은 헤더 크기 제한이 사실상 없는 거나 마찬가지라, ACK 프레임 1개 안에 무려 256개의 이빨 빠진 블록 구간을 리스트로 쫙 뽑아서 송신자에게 완벽한 손실 리포트를 쏴줄 수 있다.
덕분에 아무리 해저 케이블에서 패킷이 걸레짝처럼 듬성듬성 유실되어도, 단 한 번의 피드백만으로 모든 빵꾸를 0.1초 만에 싹 다 메워(재전송)버리는 미친 회복력을 보여준다.

📢 섹션 요약 비유: QUIC의 고유 패킷 번호 제도는, 우체국이 반송된 편지를 다시 보낼 때 **"옛날 송장 스티커를 뜯어내고, 오늘 자 날짜가 찍힌 완전히 새로운 송장 바코드 스티커를 무조건 새로 붙여서 보내는 원칙"**입니다. 덕분에 우체국 시스템(네트워크 혼잡 제어)은 언제 배송을 시작한 박스인지 1초의 오차도 없이 추적과 통계(RTT)를 낼 수 있습니다.