[ComputerNetwork] Introduction 2

Performance: loss, delay and throughput

How do packet loss and delay occur?

output link의 capacity보다 더 큰 크기의 데이터가 들어오면, packet은 router의 buffer(queue)에 대기한다.

• packets queu, wait for turn
• arrival rate to link(temporarily) exceeds output link capacity: packet loss

• 자기 차례가 와서 전송할 때 transmission delay 발생
• packet이 buffer에 대기할 때 queuing dealy 발생
• if no free buffer, packet loss 발생

라우터의 송/수신 순서
1) 데이터의 목적지 확인
2) circuit 할당
3) arrival rate가 output link의 capacity를 초과할 경우 데이터는 buffer에 대기

Packet delay: four sources

d_nodal = d_proc + d_trans + d_queue + d_prop

1) processing delay: d_proc

• 에러가 났는지 확인
• 어떤 출력 link로 보내야 할지 결정 (forwarding)
  2) transmission delay: d_trans
• 전파 전달 지연 시간 = L/R = 패킷크기/링크속도
  3) propagation delay: d_prop
• d_prop = d/s = 거리/전파속도
  4) queuing delay: d_queue
• 예측 불가능한 delay
  → 갑자기 output link에 트래픽이 몰릴 수 있기 때문

  processing delay, transmission delay, propagation delay는 처음 소요됐던 시간이 두번째, 세번째에도 동일하게 적용됨 (↔ queuing delay와 반대됨)
  → delay 시간 동일

Packet queuing delay

• R: link bandwidth (bps)
• L: packet length (bits)
• a: average packet arrival rate
  → La: 단위시간당 도착한 데이터의 양(bits/sec)

Packet Loss

• queue(buffer) 또한 한정된 메모리를 가짐
• 가득찬 buffer에 packet이 도달하면, 해딩 패킷이 버려짐
• 버려진 packet을 처리하는 방법은 프로토콜에 따라 다른데, 패킷을 마지막으로 전송한 라우터가 재전송할 수도 있고, 패킷 출발지에서 재전송을 해주거나, 또는 아무 액션을 취하지 않을 수도 있다.

Throughput

throughput: receiver가 데이터를 단시간에 얼마나 많이 받고 있냐

• instantaneous: 순간적인 throughput

• average: throughput의 평균

• bottleneck link
  end-end 사이에 여러 개의 link가 있을테지만, 결국 average throughput은 그 중 가장 느린 속도로 결정될 것이다.

• 10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/sec
• per-connection end-end throughput
  : min(R_s, R_c, R/10)
• in practice
  : R_c or R_x is often bottleneck

  현실에서, 일반적으로 network core에 있는 link의 속도는 매우 빠르기 때문에 보통 bottleneck은 R_c 또는 R_s가 된다.

Why layering?

• 복잡한 시스템을 개별화하고, 이들의 관계구조를 정의하기 위해 layering 사용
• 수직적으로 모듈화되어 있는 구조를 layered reference model이라고 부름
• 모듈화는 유지봇, 시스템 업데이트를 편리하게 해줌
• 한 layer를 다른 layer와 완전히 독립적으로 변경 가능

Internet protocol stack

• application: supporting network application
  • IMAP, SMTP, HTTP
• transport: process-process data transfer
  • TCP/UDP
• network: routing of datagrams from source to destination
  • IP, routing protocols
• link: data transfer between neighboring network elements
  • Ethernet, 802.11(WiFi)
• physical: bits "on the wire"
  

Encapsulation

• 각각의 계층은 읽을 수 있는 특정한 데이터 단위가 있음
• application layer에서 physical layer로 내려갈수록 message에 헤더가 하나씩 붙음
• switch는 2계층 장비이다(Ethernet)
• router는 3계층 장비(Internet router)
• source의 network 계층의 peer는 router의 network 계층
• source의 transport 계층의 peer는 destination의 transport 계층
• source의 link 계층의 peer는 switch의 link 계층