컴퓨터 네트워크 1장 - 패킷 교환 네트워크의 loss,delay,throughtput

1.4 패킷 교환 네트워크에서의 지연, 손실과 처리율

 
 이상적으로는 인터넷 서비스가 데이터의 손실 없이 즉시 두 종단 시스템 간에 원하는 만큼의 데이터를 이동시키기를 원한다. 하지만 현실에서 이는 어려우며, 컴퓨터 네트워크는 두 종단 시스템 간에 전달될 수 있는 초당 데이터의 양, 즉 처리율을 제한한다. 이로 인해 종단 시스템 간에 지연이 발생하며, 패킷을 잃어버리게 되기도 한다
 

1.4.1 패킷 교환 네트워크에서의 지연 개요

 

• 노드 처리 지연(nodal processing delay)
• 큐잉 지연(queuing delay)
• 전송 지연(transmission delay)
• 전파 지연(propagation delay)
• 전체 노드 지연(total nodal delay)

업스트림: 클라이언트-> 서버
다운스트림: 서버->클라이언트

지연 유형

1. 한 패킷이 업스르트림 노드로부터 라우터 A를 통해 라우터 B로 보내진다.
2. 라우터 A가 라우터 B하나에 이르는 하나의 출력(outgoing) 링크를 가지며, 이 링크 앞에 큐(queue, 버퍼(buffer))가 존재한다.
3. 패킷이 업스트림 노드로부터 라우터 A에 도착한다.
4. 라우터 A는 그 패킷에 대한 적당한 출력 링크를 결정하기 위해 패킷 헤더를 조사한다.
5. 라우터 A는 선택된 링크로 그 패킷을 보낸다. (그림에서 선택된 링크 = 라우터 B에 이르는 링크)

처리 지연(processing delay)

•  패킷 헤더를 조사하고 그 패킷을 어디로 보낼지 결정하는 시간이 처리지연에 속한다.
• 라우터 A로 패킷의 비트를 전송할 때 업스트림 노드에서 발생하는 패킷의 비트 레벨 오류를 조사하는 데 필요한 시간과 같은 요소를 포함할 수도 있다.
• 라우터는 이 노드 처리 후, 그 패킷을 라우터 B에 이르는 링크에 앞선 큐에 보낸다.

큐잉 지연(queuing delay)

•  패킷이 큐에서 링크로 전송되기를 기다리는 시간

• 정 패킷의 큐잉 지연 길이는 큐에 저장되어 링크로 전송되기를 기다리는, 앞서 도착한 다른 패킷의 수에 의해 결정된다.
• 주어진 패킷의 지연은 패킷마다 상당히 다르다.
  • 큐가 비어있고 다른 패킷이 전송 중인 상태가 아니라면 패킷의 큐잉 지연 -> 0
  • 트래픽이 많고 다른 많은 패킷이 전송 대기 중이라면 패킷의 큐잉 지연 -> 매우 길어짐

전송 지연(transmission delay)

• 선입선출 방식일 경우 패킷은 앞에서 도착한 다른 모든 패킷이 전송된 다음에 전송된다.
• 패킷의 모든 비트를 링크로 밀어내는 데(또는 전송하는 데) 필요한 시간
• 패킷의 길이는 L 비트, 라우터 A에서 라우터 B까지 링크의 전송률은 R bps라고 해보자. (R는 라우터 B로 가는 링크의 전송률에 의해 결정됨 단위:bps) . 이때 전송 지연은 L/R이다.(transmission delay)
• 링크의 처음부터 라우터까지…
• d/s ( d=a와b라우터 사이 거리 km .     S는 링크전파속도 km/sec) ( propagation delay)
• 라우터가 패킷을 보내는데 필요하는 시간을 의미
• 라우터의 거리와는 관계가 없다. (패킷길이와 링크 전송률에 상관있음)

전파 지연(propagation delay)

• 비트가 라우터 A 상에서의 링크에서 라우터 B까지의 전파에 필요한 시간
• 비트는 링크의 전파 속도로 전파된다.
• 전파 속도는 링크의 물리 매체(광섬유, 꼬임쌍선 등)에 따라 다르다
• 라우터 A와 B 사이의 거리를 d, 링크의 전파 속도를 s라고 한다면 전파 지연은 d/s이다
• 비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간
•  패킷 길이나 링크 전송률과는 관계가 없다. (거리에 상관있음)

 

 

전송지연 : 라우터가 패킷을 내보내는데 필요한 시간

전파지연: bit가 라우터->라우터로 전파되는 데 걸리는 시

 

 

전체 걸리는 시간: 한 노드 안의 처리 시간 + 큐에서대기 시간 + 올리는시간 + 전파되는데 걸리는 시간 

 
 
 

1.4.2 큐잉 지연과 패킷 손실

 

 

1. La/R ~ 0: avg. queueing delay small
2. La/R -> 1: avg. queueing delay large
3. La/R > 1: more “work” arriving is more than can be serviced - average delay infinite!-> 큐에 쌓이게 된다

• 트래픽 강도가 0에 가까울 경우
  • 패킷 도착이 드물고 간격이 멀어서 다음에 도착하는 패킷이 큐에서 다른 패킷을 발견하는 경우가 없다.
  • 따라서 평균 큐잉 지연은 0에 가까워진다.
• 트래픽 강도가 1에 가까울 경우
  • 패킷 도착이 전송용량을 초과하여 큐가 생성될 것이다.
  • 도착률이 전송률보다 작아질 때 큐의 길이가 줄어든다.

 

 

종단 간 지연

 출발지 Host~ 목적지 Host 까지 N-1개의 라우터가 있다. 네트워크 혼잡X( queueing X)  

종단간 지연 : 전파지연 + 전송지연 + 처리지연

패킷 손실

앞에서는 큐가 무한대 패킷을 가질 수 있다고 가정했으나, 실제로는 유한 용량을 가지며 스위치 설계와 비용에 크게 의존한다.
즉, 트래픽 강도가 1에 접근함에 따라 패킷 지연이 무한대가 되진 않으며, 대신 큐가 꽉 차게 된다.
큐가 꽉 차서 패킷을 저장할 수 없는 경우에 라우터는 그 패킷을 버린다.

• 손실 패킷의 비율은 트래픽 강도가 클수록 증가한다.
• 모든 데이터가 궁극적으로 목적지까지 전달되었음을 보장하기 위해 손실 패킷은 종단 간에 재전송될 수 있다.

 
 

처리율

 

 

 

Host B의 모든 F비트를 수신하는데 T초가 걸린다면 평균 처리율은 F 비트 /T 초   이다.