Chapter 1.5 : Performance: loss, delay, throughput

인터넷을 통해 파일을 전송하고, 이메일을 보내고, 웹사이트에 접속하는 등 다양한 작업을 수행한다. 하지만 실제 네트워크 환경에서는 데이터가 즉시 전송되거나 손실 없이 완벽하게 전달되는 것이 불가능하다.

패킷 스위칭 네트워크는 데이터 전송 속도를 제한하고, 지연을 유발하며, 경우에 따라 Packet Loss가 되기도 한다.

🌱 Packet delay: four sources

1. 처리 지연(Processing Delay) : determine output link

• - router가 packet을 수신하면 먼저 packet의 header를 확인하고, 해당 packet을 어느 경로로 보낼지 결정한다. (이 때 소요되는 시간이 처리지연)
• 라우터의 성능에 따라 달라지며, 일반적으로 매우 짧은 시간이 소요됨

2. 대기 지연(Queuing Delay) : 패킷을 전송하기 위해 대기하는 시간

• 패킷이 라우터에 도착했을 때, 해당 패킷을 전송하기 위해 대기하는 시간을 의미한다.
• 라우터가 바쁘거나, 트래픽이 많은 경우 패킷은 전송되기 전, 대기열에서 기다려야 한다.
• 이 Queuing Delay는 트래픽의 양에 따라 달라지며, 네트워크의 혼잡도에 따라 지연 시간이 크게 증가할 수 있다.

3. 전송 지연(Transmission Delay) : 라우터에서 링크로 데이터를 보내기 위해 패킷의 모든 비트를 ‘밀어 넣는’데 걸리는 시간

• L : packet length (bits)
• R : link transmission rate (bps)
• Transmission Delay = L/R

4. 전파 지연(Propagation Delay) : 데이터가 물리적 매체를 통해 이동하는 데 소요되는 시간

• 패킷이 링크를 통해 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간
• 거리에 비례한다.
• 매체의 전파 속도에 따라 결정된다.
• 일반적으로 빛의 속도에 가깝다.

🌱 Packet queueing delay (revisited)

traffic intensity : 패킷이 대기열에서 대기하는 시간에 영향을 미침

traffic intensity = La/R (a : 패킷 도착률)

• La/R ≈ 0: 패킷이 거의 대기하지 않고 전송되며, 평균 지연 시간도 작음.
• La/R → 1: 대기 시간이 급격히 증가함.
• La/R > 1: 패킷 도착률이 처리 능력을 초과하므로 대기 시간이 무한대로 증가하거나 패킷이 손실될 수 있음.
• 그래서 우리는 traffic intensity가 1보다 크지 않게 설계해야 한다.
• traceroute라는 프로그램은 delay를 측정할 수 있게 하는 프로그램이다.

🌱 Packet loss

• queue의 용량이 유한하기 때문이다.
• full queue에 들어오면 packet을 drop한다.
• 버려진 packet은 retransmitted 된다.

🌱 Throughput (처리량)

주어진 시간 동안 네트워크를 통해 전송되는 데이터의 양을 의미한다.

• 처리량은 여러 요인에 의해 결정되는데, 특히 네트워크 상의 가장 병목 링크(bottleneck link_가장 느린 구간)에 의해 제한된다.
  • 즉, 서버와 클라이언트를 연결하는 모든 링크 중 가장 낮은 전송속도를 가진 링크가 전체 처리량을 결정하게 된다.

처리량 결정

각 연결의 처리량은 다음 세 가지 값 중 가장 작은 값에 의해 결정된다.

• Rc : 수신자의 수신 속도
• Rs : 송신자의 송신 속도
• R/10 : 백본 링크(R)의 대역폭이 10개의 연결로 공평하게 분배되었을 때 각 연결에 할당되는 대역폭처리량은 min(Rc, Rs, R/10)으로 결정.
• 즉, 이 세 가지 값 중 가장 작은 것이 그 연결의 처리량을 제한함.

throughput = min ( Rc, Rs, R/10)