패킷교환 네트워크에서의 지연
물류센터 하나가 라우터라고 생각하기, 이 지연은 물류 센터에서 수하물을 처리하기 위한 지연이라고 생각하면됨.
일단, 지연의 종류는 4가지가 있음
처리지연(노드 처리 지연), 큐잉지연, 전송지연, 전파지연
이 네가지가 쌓여서 전체 지연(전체 노드 지연)
일단 먼저 지연과 처리율을 구분해보자!
서울에서 부산까지 가는 도로가 있는데
지연은 서울에서 부산까지 얼마나 걸리는지!
처리율은 몇대가 갈 수 있는지!
둘은 완전히 다른 것.
처리 지연
- 패킷 헤더를 조사해서 그 패킷을 어디로 보낼지를 결정하는 지연
- 헤더를 보고 어디 출력으로 보낼건지, 비트 수준의 오류를 판단한다.
큐잉 지연
- 패킷은 큐에서 링크로 전송되기를 기다리면서 큐잉 지연을 겪는다.
전송지연
- because of "저장-후-전달"
- 패킷이 선입선출 방식으로 전송된다고 가정하면, 인터넷에서 일반적인 것처럼 패킷은 앞서 도착한 다른 모든 패킷들이 전송된 다음에 전송된다. 패킷의 길이를 L비트, 라우터 A에서 라우터 B까지 링크의 전송률은 R bps로 표현하면 R은 라우터 B로 가는 링크의 전송률에 의해 결정된다.
- 예시 ) 10Mbps 이더넷 링크의 경우 전송률 R은 10Mbps이다. 100Mbps 이더넷 링크의 경우, 전송률 R은 100Mbps이다. 전송 지연은 L/R이다. 이것은 패킷의 모든 비트를 링크로 밀어내는데 필요한 시간이다.
- 즉, 요금 계산소에서 요금을 계산하는 차의 나가는 속도가 전송 지연에 가까운것이고, 다음 요금 저장소까지 가는 그 속도는 전파 지연이다. 전파지연과 전송지연은 다르다.
전파 지연
- 비트가 링크에 전해지면 라우터 B까지 전파되어야한다. 링크의 처음부터 라우터 B까지의 전파에 필요한 시간이 전파지연이다. 즉 전송지연은 라우터가 패킷을 내보내는데 필요한 시간이고, 전파 지연은 비트가 한 라우터에서 다음 다루터까지 전파되는 데 걸리는 시간이다.
큐잉 지연과 패킷 손실
큐잉지연
- 데이터를 보낸 것이 다 가는 것이 아니다.
- 노드 지연 중 가장 복잡한 것이 큐잉지연이다.
- 큐잉 지연은 패킷마다 다를 수 있다. 10개의 패킷이 동시에 비어 있는 큐에 도착한다면, 전송된 첫 패킷은 큐잉 지연을 겪지 않지만 마지막으로 전송되는 패킷은 상당히 많은 큐잉 지연을 겪는다.
a = 초당 패킷이 몇개 도착하는지 .
La = 비트가 큐에 도착하는 평균율, 즉 양
트래픽 강도 = La / R
트래픽 강도는 큐잉지연의 정도를 측정하는 데 매우 중요하다.
트래픽 공학의 주요 규칙 중 하나는 트래픽 강도가 1보다 크지 않게 시스템을 설계하라는 것
La == R? 유입되는 속도와 출력되는 속도가 같다. 큐잉딜레이가 발생하지 않는다는 뜻
La/R 이 0에 가깝다, 즉, 1보다 작다는 것은 유입되는 속도보다 출력되는 속도가 더빨라서 큐잉지연이 매우 작다는 것이지 큐잉지연이 없다는 것이 아니다.
La가 R보다 크면 발산하는데 그래서 traffic intensity 트래픽 강도가 생기는 것이다. 왜냐면 큐에 한번쌓이면 계속쌓이기 때문에 쭉 발산되는데, 고속도로에서 차가 일정 속도로 가면 안막힐텐데, 하나가 막히기 시작하면 그뒤로 무한대로 막히는 것을 생각하면된다.
패킷 손실
큐가 무한대 패킷을 가질 수 있다되어있는데 현실에서 큐의 용량은 스위치 설계와 비용에 크게 의존하면 일반적으로 유한한 용량을 가진다. 큐 용량이 유한하므로 트래픽강도가 1에 접근함에 따라 패킷 지연이 실제로 무한대가 되지 않는다. 대신 패킷이 도착해서 큐가 꽉 찬 것을 발견하면 패킷을 저장할 수 없는 라우터는 그 패킷을 버린다. 즉, 잃는다.
처리율
단위 시간당 배달한 traffic의 양이라고 생각하면됨
처리율은 지연을 고려하지 않는다.
2개의 종단 시스템, 즉 2개의 통신 링크와 라우터로 연결된 하나의 서버와 하나의 클라이언트를 생각해보자. 서버로부터 클라이언트의 파일 전송에 대한 처리율을 고려해 보자. Rs는 서버와 라우터 간의 링크 속도를 나타내고, Rc는 라우터와 클라이언트간의 링크 속도를 나타낸다. 전체 네트워크로 보내지는 비트는 서버에서 클라이언트 간의 링크 속도를나타낸다. 전체 네트워크로 보내지는 비트는 서버에서 클라이언트로만 보내지는 비트라고 가정. 서버는 Rs bps보다 빠른 속도로 링크상으로 비트를 보낼 수 없고 , 라우터는 Rsbps보다 빠른 속도로 비트를 전달할 수 없다. 만약에 Rs < Rc라면 서버가 배출한 비트는 라우터를 통해 올바로 흘러갈 것이고 Rsbps의 속도로 클라이언트에 도착하여 Rsbps의 처리율을 나타낼 것이다. 즉, 간단한 링크로 구성된 네트워크의 경우, 처리율은 min(Rs, Rc) 가 되고 병목링크의 전송률이 처리율이 된다. 미니멈값!!!
주로 서버가 막혔다!! 이렇게 표현하는것은 Rs의 구간에서 트래픽이 발생할 때.
