1.4 패킷 교환 네트워크에서의 지연, 손실과 처리율 네트워크는 반드시 두 end system 간에 처리율(전달될 수 있는 초당 뎅디터의 양)을 제한하여 end system 간에 지연을 야기하며 실제로 패킷을 잃어버리기도 한다.
1.4.1 패킷 교환 네트워크에서의 지연 개요 패킷은 한 호스트에서 일련의 라우터를 통과하며 다른 호스트까지 도달함. 경로를 따라 한 노드(호스트 혹은 라우터)에서 다음 노드로 전달될 때 다양한 지연을 겪음. nodal processiong delay(노드 처리 지연) queuing delay(큐잉 지연) transmission delay(전송 지연) propagation delay(전파 지연) 이 모두를 합쳐 total nodal delay 지연 유형 라우터 A에서 B로 보내질 때 패킷이 앞선 노드에서 도착하면 라우터 A는 패킷 헤더를 조사해서 적당한 출력 링크를 결정하고(processing delay) 만약 선택된 링크가 이용되고 있더나 큐에서 대기하는 패킷이 있다면 큐로 들어간다(queuing delay). 링크를 이용할 수 있으면 패킷을 보낸다. 패킷의 길이가 L비트, 링크의 전송률이 R bps면 transmission delay는 L/R이다(transmission delay). 비트가 링크에 전해지면 목적지인 라우터 B까지 전달되야 한다. 이 전파 속도는 링크의 물리 매체에 따라 다르다(propagation delay). 전송 지연과 전파 지연 비교 전송지연 전송률과 패킷 길이 라우터가 패킷을 내보는데 필요한 시간 한 개의 패킷 내에서 첫번째 비트부터 마지막 비트까지 라우터를 빠져나오는데 걸리는 시간. 이전에 말했듯, 첫번째 비트는 마지막 비트가 도착할때까지 저장되어있어야 함. 마지막비트가 라우터에 도착하고나서야 첫번째 비트는 다음 목적지로 전송된다. 전파지연 비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는데 걸리는 시간 링크의 물리적 길이 라우터를 빠져나와 다음 라우터까지 도달하는데 걸리는 시간. 패킷이 라우터에 저장되는 시간으로부터 다음 라우터에 저장될때 까지의 시간은 전송지연과 전파지연의 합. 당연히 마지막 비트가 전송되기도 전에 앞선 비트가 다음 라우터에 도착할 수도있다. 1.4.2 큐잉 지연과 패킷 손실 다른 지연들과 달리 큐잉 지연은 패킷마다 다를 수 있다. 여러 패킷이 동시에 비어있는 큐에 도착한다면, 처음 큐에 들어간 패킷과 마지막에 들어간 패킷의 큐잉 지연은 크게 차이난다. 따라서 큐잉 지연은 통계 측정을 일반적으로 사용한다. 큐잉 지연은 트래픽이 큐에 도착하는 비율, 링크의 전송률 ,도착하는 트래픽의 특성에 따라 달라진다. 예시 패킷이 큐에 도착하는 평균율 : a 패킷/초 전송률(비트가 큐에서 밀려나는 비율) : R 비트/초 모든 패킷 : L 비트 따라서 평균율의 단위를 비트로 바꾸면 La 비트/초 이다. 트래픽 강도(traffic intensity) : La/R (트래픽 강도) > 1 인 경우 비트가 큐에 도착하는 평균율이ㅐ 비트가 큐에서 전송되는 비율을 초과한다. La/R > 1이면, La > R이므로 큐에 도착하는 비트의 수가 다음 목적지로 전송되는 비트보다 많다. 큐에서 처리되는 비트보다 쌓이는 비트가 많아지므로, 점차 큐잉 지연은 커질것이다. 따라서 트래픽 공학에선, 트래픽 강도가 1보다 크지 않게 시스템을 설계하라는 규칙이 있다. (트래픽 강도) ≤ 1인 경우 패킷이 주기적으로 도착한다면, 쌓이는 것보다 처리되는 것이 빠르기 떄문에 큐잉 지연이 없을 것이다. 하지만 패킷이 몰려서(버스트) 도착한다면 큐잉 지연은 존재할 것이다. 이게 반복되면 몰려서 도착하는 패킷의 횟수만큼 점차 큐잉 지연이 늘어날 것이고, 이에 따라 평균 큐잉 지연을 계산할 수 있다. 실제로, 큐에 도착하는 프로세스는 랜덤하다.\ 또한 이 예시에선 큐가 무한한 패킷을 담을 수 있다고 가정했다. 하지만 트래픽 강도가 1에 가까울 수록, 큐잉 지연이 기하급수적으로 늘어나는 건 알아둬야 함. 패킷 손실 실제로 큐는 무한한 패킷을 담을 수 없다. 따라서 큐잉지연이 무한하게 증가하지 않는다. 패킷이 도착했을 때 큐가 꽉 차있다면, 패킷은 버려지고(drop), 잃어버리게(lost) 된다. 트래픽 강도가 높을 수록, 손실 패킷의 비율은 증가한다. end system에 입장에선, 패킷이 네트워크 코어로 전송되었으나 목적지에 나타나지 않는 것 처럼 보인다. 1.4.3 종단 간 지연 위 과정들은, 단일 라우터에서를 초점으로 두었다. 출발 호스트와 목적 호스트 사이에 N-1개의 라우터(즉, N개의 링크)가 있다고 가정. d(proc) = 각 라우터와 출발지 호스트의 처리 지연 R 비트/초 = 각 호스트와 출발지 호스트에서의 전송률 d(prop) = 각 링크에서의 전파 지연 L = 패킷 크기 d(trans) = L/R (전송지연) d(end-end) = 종단 간 지연 = N * (d(proc) + d(trans) + d(prop)) Traceroute 컴퓨터 네트워크에서의 지연을 느낄 수 있는 진단 프로그램’ 종단 시스템, 애플리케이션 그리고 그 밖의 지연 이외에도 다른 중요한 지연들 도 있다. 종단 시스템에서 매체를 공유하기 위해 프로토콜의 일부로 전송을 의도적으로 지연 시킬 수도 있다. media packetization delay(미디어 패킷화 지연)은 VoIP(Voice-over-IP)에서 송신 측은 먼저 패킷을 인터넷으로 보내기 전에 패킷을 인코딩된 디지털 음성으로 채워야 한다. 1.4.4 컴퓨터 네트워크에서의 처리율 지연과 패킷 손실 외에 컴퓨터 네트워크에서 성능과 연관된 요소는 throughput(처리율) 이다. instantaneous throughput(순간적인 처리율), average throughput(평균 처리율) 예시 서버 → 라우터 → 클라이언트로 연결되어있다고 가정해보자. 서버와 라우터간의 링크 속도는 R(s)고, 라우터와 클라이언트의 링크 속도는 R(c)이다. 서버는 라우터로 R(s)의 속도로 비트를 보내고, 라우터는 클라이언트로 R(c)의 속도로 전송한다. R(s) < R(c) 일때, 결국 클라이언트는 서버로부터 R(s)의 처리율로 비트를 받는다. R(s) > R(c) 일때, 서버가 라우터로 아무리 빨리 보내더라도 결국 클라이언트는 R(c)의 속도로 비트가 처리되는 것처럼 느낀다. 따라서 이 네트워크의 처리율은 min{R(c), R(s)} 가 된다. **bottleneck link(병목 링크)**의 전송률이 처리율이 된 상황이다. 이처럼 일직선으로 되어있는 네트워크에서 서버가 클라이언트로 파일을 전송하는 경우의 처리율은 링크 속도 중 최솟값이고, 이는 병목 링크의 전송률이다. 10개의 서버와 10개의 클라이언트가 있다고 가정해보자. 서버와 클라이언트간의 연결은 모두 단 하나의 코어 링크를 지난다고 생각해보자. 어떤 서버가 어떤 클라이언트에게 파일을 전송하든, 코어 링크를 지나야 한다. R(s) : 서버와 코어링크 사이의 링크 속도 R(c): 클라잉너트와 코어 링크 사이의 링크 속도 R : 코어 링크의 링크 속도 만약 R이 R(s)와 R(c)보다 월등히 크다면, 코어 링크가 끼치는 영향은 무의미하다. 따라서 병목은 R(s)와 R(c) 중 최솟값이 된다. 하지만 R이 R(s), R(c)와 비슷하다면? R(s) = 1 Mbps, R(c) = 2 Mbps고 R = 5 Mbps 라면 어떨까? 공통된 코어 링크는 10개의 서버-클라이언트 쌍에게 전송률을 나눈다. 하나의 통신은 500 Kbps를 가지게 된다. 그렇다면 병목은 R(s)나 R(c)가 아니라 공통된 코어링크가 된다.