[하향식 접근 8판] 1.4 패킷 교환 네트워크에서의 지연, 손실과 처리율

※"컴퓨터 네트워킹 하향식 접근 8판" 책을 간단하게 정리한 내용의 글입니다.※

1.4.1 패킷 교환 네트워크에서의 지연 개요

패킷은 한 호스트에서 출발하여 목적지 종단 시스템으로 도착할 때까지 다양한 지연을 겪게 된다.

처리 지연 (process delay)

라우터가 패킷 헤더를 조사하고 그 패킷을 어디로 보낼지 결정하는 시간을 말한다.
이 처리 후에 라우터는 패킷을 출력 링크의 앞선 큐로 보낸다.

큐잉 지연(queuing delay)

패킷이 링크로 전송되기에 앞서 큐에서 앞선 패킷이 전송되기를 기다리는 시간을 말한다.
큐가 비어있고 다른 패킷이 전송 중인 상태가 아니라면 큐잉 지연은 0이다.

전송 지연 (transmissino delay)

패킷의 모든 비트를 링크로 밀어내는 데 필요한 시간이다.
L bits 길이의 패킷을 전송률이 R bps인 링크로 전송을 마치는데 걸리는 시간은 총 L/R 이다.

전파 지연 (propagation delay)

비트는 링크를 통해 링크의 전파 속도로 전파된다. 링크의 반대 쪽 라우터로 전파 하는데 걸리는 시간이 전파 지연이다.
전파 속도는 링크의 물리 매체에 따라 다르지만, 거의 빛의 속도와 같거나 약간 작다.
두 라우터 사이의 거리가 d이고 링크의 전파 속도가 s일 때, 전파 지연은 d/s이다.

전송 지연과 전파 지연 비교

• 전송 지연
  라우터가 패킷을 내보내는 데 필요한 시간(패킷 길이와 링크 전송률의 함수)이다.
• 전파 지연
  두 라우터 사이의 거리에 대한 함수로, 비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간이다.

전체 노드 지연(toal nodal delay) = 처리 지연 + 큐잉 지연 + 전송 지연 + 전파 지연
각 지연이 전체 노드 지연에 끼치는 영향력은 상황에 따라 달라진다.
일반적으로 처리 지연은 무시될 수 있다.

1.4.2 큐잉 지연과 패킷 손실

지연 중 가장 흥미로운 지연은 큐잉 지연(d_queue)이다.
다른 지연과 다르게 큐잉 지연은 패킷마다 다를 수 있다. 큐에 어느정도의 처리를 기다리는 패킷이 있느냐가 그때 그때 다르기 때문이다.

트래픽 강도

트래픽이 큐에 도착하는 비율, 링크의 전송률, 트래픽의 특성, 주기, 버스트 정도에 따라 큐잉 지연의 수준이 달라진다.

패킷이 큐에 도착하는 평균율이 a, 전송률이 R, 패킷의 길이가 L비트일 때, 비트가 큐에 도착하는 평균율은 La 비트/초이다.
또한 큐가 무한대 비트를 저장할 수 있다고 할 때, La/R을 트래픽 강도(traffic intensity)라고 한다. 이는 큐잉 지연의 정도를 측정하는 데 매우 중요하다.
La/R이 1보다 크면 비트가 큐에 도착하는 평균율이 비트가 큐에서 전송되는 비율을 초과한다는 것으로, 큐는 끝없이 증가하고 큐잉 지연은 무한대에 도달한다는 것을 의미한다.
시스템은 트래픽 강도가 1보다 크지 않아야 한다.

실제 상황에서 패킷이 고정된 비율로 오는 것이 아니라 버스트하게 올 수 있기 때문에 트래픽 강도가 1보다 크지 않더라도 큐가 쌓일 수 있다.

패킷 손실

실제 상황에서 큐가 무한대로 쌓이는 상황은 없다. 큐는 유한하기 때문이다.
꽉찬 큐에 패킷이 도착할 경우 해당 패킷은 버려진다(drop).

트래픽 강도가 클수록 손실 패킷의 수는 증가하기 때문에 패킷 손실 확률로도 노드의 성능을 평가할 수 있다.

1.4.3 종단 간 지연

큐잉 지연을 무시할 수 있을 때의 전체 지연시간

N개의 링크, N-1개의 라우터가 있는 경우.
dend-end = N * (d_proc + d_trans + d_prop) 이다.

1.4.4 컴퓨터 네트워크에서의 처리율

파일이 F비트로 구성되고, 다운 스트림 호스트가 모든 F비트를 수신하는 데 T초가 걸린다고 하면, 파일 전송의 평균 처리율(average throughput)은 F/T 비트/초이다.

각 링크마다 서로다른 전송률을 가진다. 종단 시스템에서 다른 종단 시스템으로 데이터를 전송할 때 처리율은 이 모든 링크 중 가장 늦은 전송률이 처리율이 해당 전송의 처리율이 된다. (min{R_c, R_s, ...)

이때 가장 낮은 전송률을 보이는 링크를 병목 링크(bottleneck link)라고 한다. 즉, 병목 링크의 전송률이 해당 전송의 처리율이 된다.