네트워크의 지연, 손실, 처리량

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어떻게 지연과 손실이 발생하는가?

라우터 버퍼 안에 패킷 대기열을 생각해보자.

• 패킷들이 링크에 도착하는 속도가 출력 링크 용량보다 클 경우 지연이 발생한다.
• 대기열에 있는 패킷들은 자신의 순서를 기다린다.

패킷 지연의 요소 - 4가지

전체 노드 지연은

1) 노드 처리 지연(nodal processing delay)
2) 큐 지연(queueing delay)
3) 전송 지연(transmission delay)
4) 전파 지연(propagation delay)

이 네 요소의 합으로 이루어진다.

노드 처리 지연(nodal processing delay)

• 비트 에러를 체크
• 출력 링크를 결정
• 일반적으로 매우 짧다.

큐 지연(queueing delay)

• 출력 링크에서 전송을 위해서 기다리는 시간
• 라우터의 성능에 따라 달라진다.

전송 지연(transmission delay)

• L: packet length (bits)
• R: link bandwidth (bps)
• 전송 지연 = L/R

전파 지연(propagation delay)

• d: 물리적 링크의 길이
• s: 전파 속도 (통신 매체에 따라 다름)
• 전파 지연 = d/s

전송(transmission) 지연 vs 전파(propagation) 지연

큐 지연

• R: 링크 대역폭 (bits/sec)

• L: 패킷 길이 (bits)

• a: 평균 패킷 도착 속도 (packets/sec)

• La/R: traffic intensity(큐가 무한하다고 가정할 때)

• La/R이 0에 가까울 경우, 큐 지연이 작다.
• La/R이 1에 가까울 경우, 큐 지연이 크다.
• La/R > 1, 평균 지연이 무한대이다.

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패킷 손실

실제로 링크 앞에 있는 대기열은 용량이 유한하다.

그래서 패킷 딜레이는 무한대까지 도달하지 않는다.
대신 패킷 손실이 발생한다!

큐가 꽉차있는 곳에 패킷이 도착할 경우, 라우터는 패킷을 버린다.
이때, 패킷이 손실되는 것이다.

• 손실된 패킷은 이전 노드, 소스 엔드 시스템에 의해 재전송되거나 전혀 전송되지 않을 수 있다.

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처리량

정의: 송신자/수신자 간에 비트가 전송된 속도(bits/time unit)

처리량과 관련된 문제

네트워크의 각 link의 capacity가 다를 수 있다! 이런 상황에서 자기가 가지고 있는 capacity를 낭비하거나 패킷이 버려지게 된다.

그렇다면 어떻게 해결해야 할까?

가장 좁은 길을 파악해서 그 좁은 길의 용량만큼 보내야 한다. 가장 좁은 길(가장 성능 낮은 link)을 bottleneck이라고 한다.
결국 이 bottleneck link가 전체 성능을 좌지우지한다.

위 그림에서는 각각 순서대로 Rs link와 Rc link가 bottleneck이다.

인터넷 시나리오

보통 R이 Rc와 Rs보다 큰 경우가 많기 때문에, Rc나 Rs가 주로 bottleneck이 된다.