네트워크층: 데이터전송 - 성능

지연

네트워크층의 서비스를 사용하는 상위 계층 프로토콜은 이상적인 서비스를 원하지만, 네트워크층은 완벽하지 않다.

네트워크의 성능은 지연(delay), 처리량(throughput), 패킷 손실률(packet loss)로 측정할 수 있다.

혼잡 제어는 성능을 향상 시킬 수 있는 요소이다.

 

네트워크상의 지연은 전송 지연, 전파 지연, 처리 지연 그리고 대기 지연이라는 네 가지 형태로 분류된다.

 

1. 전송 지연 (Transmission Delay)

발신지 호스트나 라우터는 패킷을 즉시 보낼 수 없다.

송신기는 선로 상의 패킷의 비트를 하나씩 차례로 보낼 필요가 있다. 패킷의 첫 번째 비트가 t1, 마지막 비트가 t2이라는 시간이 걸렸다면 패킷의 전송 지연은 (t2-t1)이 된다.

따라서 패킷의 길이가 길어질수록 전송 지연은 길어진다.

Delaytr = (Packet Length)/(transmission rate) = L/B (Length/Bit Rate)

2. 전파 지연 (propagation delay)

전파 지연은 전송 매체를 통해 A 지점에서 B 지점까지 1비트가 전달되는 시간을 말한다.

전파 지연은 전송매체의 전파 속도와 링크의 거리에 따라 결정된다.

 

Delaypg= (Distance)/(Propagation speed) = D/V (Distance/Velocity)

 

3. 처리 지연 (processing Delay)

처리 지연은 라우터나 목적지 호스트가 1) 입력 포트로 패킷을 받고, 2) 헤더를 제거하고, 3) 오류 검출을 수행한 뒤, 4) (라우터의 경우) 패킷을 출력 포트로 보내고 / (목적지 호스트인 경우) 상위 계층 프로토콜로 패킷을 전달 하는데 걸리는 시간을 말한다.

처리 지연은 각 패킷마다 다르지만 보통 평균으로 계산된다.

Delaypr = Time required to process a packet

4. 대기 지연 (queuing delay)

대기 지연은 라우터에서 발생한다.

라우터는 각 입력 포트에 처리할 패킷을 보관할 큐와 출력 포트에 전송할 패킷을 보관할 큐를 가지고 있다.

큐 내부의 지연은 라우터의 입력 큐와 출력 큐에서 패킷이 대기하는 시간을 측정하여 구한다.

Delayqu = Time a packet waits in input and output queues in a router

 

처리량

처리량(throughput)은 해당 지점의 실질적인 전송률이다.

경로상에서 패킷은 서로 다른 전송률을 가진 다수의 링크(네트워크)를 통과한다.

평균 전송률은 가장 작은 반지름을 가진 병목 지점의 파이프에 의해 결정된다.

일반적으로 연속된 n 링크를 가진 경로에서 처리량은 라우터 사이의 전송량중 minimum값으로 계산한다.

 

패킷 손실 

라우터가 다른 패킷을 처리하는 동안 수신되는 패킷은 자신의 순서가 될 때까지 입력 버퍼에서 대기해야 한다. 그러나 라우터는 한정된 버퍼를 가지고 있으므로 버퍼가 가득찬 경우 수신하지 못하고 폐기하게 된다.

인터넷의 네트워크층에서 패킷 손실이 발생하면 해당 패킷을 재전송하는데 이 경우 더많은 오버플로우와 패킷 손실을 일으킬 수 있다.