네트워크 정리 8. 네트워크 계층 성능 (지연, 처리량, 패킷 손실)

1. 개요

네트워크 계층을 사용하는 상위 계층 프로토콜은 이상적인 서비스를 원하지만 네트워크 계층은 항상

완벽하지 않다.

네트워크의 성능은 지연, 처리량, 패킷 손신률로 측정 가능하고, 어떤 것인지 알아볼 것이다.

 

 

2. 설명

2-1. 지연(Delay) 설명

지연은 말 그대로 전송이 지연되는 것을 말한다. 그리고 이 지연에는 여러 종류가 있다.

먼저 종류부터 정리하자면

• 전송 지연(Transmission Delay)
• 전파 지연 (Propagation Delay)
• 처리 지연 (Processing Delay)
• 큐 내부의 지연 (Queuing Delay)
• 전체 지연 (Total Delay)

하나씩 정리해보면

전송 지연 (Transmission Delay)

• 발신지 호스트나 라우터는 패킷을 즉시 보낼 수 없다.
• 송신자는 전송해야 할 패킷에 하나하나 비트 정보들을 추가한다.
• Delay(tr) = (패킷 길이 Packet Length) / (전송 비율 Transmission Rate)

전파 지연 (Propagation Delay)

• 전송 매체를 통해 A지점에서 B지점까지 1비트가 전달되는데 걸리는 시간을 말한다.
• Delay(pg) = (거리 Distance) / (전파 속도 Propagation Speed)

처리 지연 (Processing Delay)

• 라우터나 목적지 호스트가 입력 포트로 패킷을 받고, 헤더를 제거하고, 오류 탐지를 수행한 뒤,
  출력 포트로 패킷을 보내거나 상위 계층 프로토콜로 패킷을 전달하는데 걸리는 시간
• Delay(pr) = 라우터 혹은 목적지 호스트의 패킷을 처리하는데 필요한 필수 시간 (Time required to
  process a packet in a router or a destination host)

큐 내부의 지연 (Queuing Delay)

• 일반적으로 큐 내부의 지연은 라우터에서 발생
• 라우터는 각 입력 포트에 처리할 패킷을 보관할 큐와, 출력 포트에 전송할 패킷을 보관할 큐를
  각각 보유하고 있다.
• 큐 내부의 지연은 라우터의 입력 큐와 출력 큐에서 패킷이 대기하는 시간을 측정한다.
• Delay(qu) = 라우터 안에 있는 입력, 출력 큐의 대기시간
  (The time a packet waits in input and output queues in a router)

 

전체 지연 (Total Delay)

• 전체 경로상의 라우터 개수 N을 알고, 송신자, 라우터, 수신측의 각각 지연을 가지고 있다고 가정할 때,
  패킷에 발생할 전체 지연은 아래와 같다.
  Total Delay = (N+1)(Delay(tr) + Delay(pg) + Delay(pr)) + (N)(Delay(qu)
  
  
• 여기서 N개의 라우터가 있다면 (N+1)개의 링크가 존재한다.
• N개의 라우터와 발신지와 관련하여 (N+1)개의 전송 지연이 발생하고, (N+1)개의 링크와 관련하여
  (N+1)개의 전파 지연이 발생하며, N개의 라우터와 목적지와 연관하여 (N+1)개의 처리 지연이 발생한다.
• N개의 라우터에서 N개의 큐 내부의 지연이 발생한다.

 

 

2-2. 처리량(Throughput)

• 한 지점을 지나는 초당 비트의 수로 정의되는 것으로 해당 지점의 실질적인 전송률
• 발신지에서 목적지까지의 경로에서 패킷은 서로 다른 전송률을 가진 다수의 링크(네트워크)를
  통과할 수 있다.
• 처리량은 가장 작은 전송률에서 결정된다. (다른 곳에서 아무리 전송률이 높아봐야 중간에 전송률이
  낮은 곳이 있다면 거기서 막혀서 처리도 못한다.)

 

2-3. 패킷 손실(Packet Loss)

• 통신의 성능에 큰 영향을 미치는 요소이며, 전송 중 손실되는 패킷의 수를 말한다.
• 라우터가 다른 패킷을 처리하는 동안 수신되는 패킷은 자신의 차례가 될 때까지 입력 버퍼에서
  대기해야 한다.
• 라우터는 한정된 버퍼를 가지고 있다.
• 버퍼가 가득 찰 경우, 패킷을 수신하지 못하고 폐기하게 된다.
• 패킷 손실이 발생하면 해당 패킷을 재전송하게 되므로, 더 많은 오버플로우와 패킷 손실을
  유발할 수 있다.