7.3 Performance

네트워크의 성능은 지연(delay), 처리량(throughput), 패킷 손실률(packet loss)로 측정 가능하다.

1. 지연

패킷이 발신지에서 목적지까지 전송될 때 필욘적으로 지연(delay)이 발생한다. 네트워크상의 지연은 전송 지연, 전파 지연, 처리 지연, 그리고 대기 지연 이라는 네 가지 형태로 분류된다.

• 전송 지연

발신지 호스트나 라우터는 패킷을 즉시 보낼 수 없다. 송신기는 선로 상에 패킷의 비트를 하나씩 차례로 보낼 필요가 있다. 만약 패킷의 첫 번째 비트가 시간 t1에 선로 상에 놓이고, 마지막 비트가 시간 t2에 놓아졌다면, 패킷의 전송 지연은 (t2 - t1)이 된다. 따라서 패킷의 길이가 길수록 전송 지연은 길어지고, 또한 송신기가 빨리 전송한다면 전송 지연은 짧아진다.

Delay tr = 비트의 갯수(packet length) / 전송률(transmission rate)

• 전파 지연

전파 지연은 전송 매체를 통해 A지점에서 B지점까지 1비트가 전달되는 데 걸리는 시간이다. 패킷 교환망의 전파 지연은 각 네트워크(LAN이나 WAN)의 전파 지연에 따라 결정된다. 전파 지연은 전송매체의 전파 속도에 종속되는데, 전파 속도는 일반적으로 진공 상태에서 3 x 10^8m/s이고 유선매체에서는 이보다 훨씬 느리다. 그리고 또한 링크의 거리에 종속된다.

Delay pg = 속도(distance) / 시간(propagation speed)

• 처리 지연

처리지연은 라우터나 목적지 호스트가 입력 포트로 패킷을 받고, 헤더를 제거하고, 오류 검출을 수행한 뒤, 출력 포트로 패킷을 보내거나 상위 계층 프로토콜로 패킷을 전달하는 데 걸리는 시간을 말한다.

Delay pr = 라우터나 목적지 호스트에서 패킷을 처리하는데 걸리는 시간

• 대기 지연

일반적으로 대기 지연은 라우터에서 발생한다. 라우터는 각 입력포트에서 처리할 패킷을 보관할 큐와 출력 포트에 전송할 패킷을 보관할 큐를 가지고 있다. 큐 내부의 지연은 라우터의 입력 큐와 출력 큐에서 패킷이 대기하는 시간을 측정하여 구한다.

Delay qu = 패킷이 라우터에 있는 입력과 출력 큐에서 기다리는 시간

• 전체 지연

발신자, 라우터 및 수신자에 대한 동일한 지연이 있다고 가정하면 전체 경로에서 라우터의 수 n을 알면 패킷이 만나는 총 지연(발신지 - 목적지 - 노드 구간에서의 지연)을 계산할 수 있다.

Total Delay = (n+1)(delay tr + delay pg + delay pr) + (n)(delay qu)

2. 처리량

처리량(throughput)은 한 지점을 지나는 초당 비트 수로 정의되는 것으로, 해당 지점의 실질적인 전송률이다.

위의 그림에서 링크 1은 200 kbps의 속도로 데이터가 전송된다. 그러나 데이터가 라우터 R1에 도착하면 이 속도로 라우터를 통과할 수 없다. 데이터는 라우터의 큐에 저장되고 100kbps 속도로 전송된다. 데이터가 라우터 R2에 도착하면 150kbps 속도로 전송될 수 있지만, 해당 속도로 전송할 만큼의 데이터가 R1으로부터 전송되지 않는다. 즉 링크 3의 평균 처리량도 100 kbps가 된다. 여기서 경로의 평균 처리량이 3개의 서로 다른 처리량 중 제일 작은 100 kbps가 되는 것을 알 수 있다. 

 

인터넷 상에서 일반적으로 데이터가 통과하는 실제 경우는 다른 액세스 네트워크와 인터넷 백본을 지니는 경우이다.

인터넷 백본을 통한 경로

3. 패킷 손실

통신의 성능에 큰 영향을 미치는 다른 요소 중 하나는 전송 중 손실되는 패킷의 수 이다. 라우터가 다른 패킷을 처리하는 동안 수신되는 패킷은 자신의 차례가 순서가 될 때까지 입력 버퍼에서 대기해야 한다. 그러나 라우터는 한정된 버퍼를 가지고 있다. 따라서 버퍼가 가득 차는 경우 패킷을 수신하지 못하고 폐기하게 된다.

인터넷의 네트워크층에서 패킷 손실이 발생하면 해당 패킷을 재전송하는데 이 경우 더 많은 오버플로우와 패킷 손실을 일으킬 수 있다.

 

4. 혼잡 제어

혼잡 제어는 구조적으로 성능을 향상시키는 방법 중 하나이다. 네트워크 계층의 혼잡이 인터넷 모델에서 명시적으로 다루어지지는 않지만, 이 계층의 혼잡에 대한 연구는 전송 계층의 혼잡 원인을 더 잘 이해하고 네트워크 계층에서 사용할 수 있는 해결책을 찾는데 도움이 될 수 있다.

네트워크 계층에서의 혼잡은 처리율과 지연에 관계가 있다.

 

Open loop 혼잡 제어 : 혼잡이 생기기 전 처리 방법

• Retransmission policy
• Window policy
• Acknowledgement policy
• Discarding policy
• Admission policy

Closed loop 혼잡 제어: 혼잡이 생긴 후 처리 방법'

• Backpressure
• Choke packet
• Implicit signaling.explicit signaling

Backpressure method

Backpressure방법은 혼잡이 발생한 라우터에서 이전 라우터에게 압박(Backpressure)을 가해 Source까지 압박을 가해 속도를 줄이도록 하는 방식이다.

 

Choke packet method

Choke packet방법은 혼잡이 발생한 라우터에서 곧바로 Source에게 명시적 메시지를 만들어 소스에 보내 직접적으로 바로 속도를 줄이라고 명령을 하달한다.