[컴퓨터네트워크] 1강 part2. 패킷 교환망의 지연과 손실

지연과 손실 발생

패킷들은 라우터 큐(que or buffer)에서 대기합니다. 패킷은 큐에 기다리고 차례를 기다리고 있습니다.

• 패킷 도착률(packet arrival rate)이 출력 링크 용량(output link capacity)를 초과
• 대기중인 패킷을 보관할 메모리가 가득 차면 패킷 손실 발생

노드 처리 지연

패킷을 처리하는데 걸리는 시간입니다. 즉 헤더 조사 후 출력 링크 결정을 하는데 걸리는 시간인데요. 이것을 노드 처리 지연이라고 하며 비트 오류를 검사하거나 할 때 노드를 처리할때 걸리는 시간입니다.

 

큐잉지연

패킷이 도착하면 버퍼에 저장이 됩니다. 이때 출력링크에서 대기하는 시간을 큐잉지연이라고 합니다. 이 버퍼에 얼마나 많은 패킷들이 저장되어 있는가에 따라 달라지면 라우터에서 혼잡 정도에 따라 달라집니다.

 

전송지연

패킷의 모든 비트를 출력으로 전달하는데 걸리는 시간입니다. 길이가 L인 패킷을 R의 대역폭으로 전송할 때 걸리는 시간을 L/R이 걸립니다. 

 

전파지연

첫번째 교환기를 통과해서 다음 라우터까지 전파하는데 걸리는 시간을 전파지연이라고 합니다. 기본적으로 링크의 길이를 d라고 하고 비트신호가 전달하는데 걸리는 시간을 s라고 합니다. 전파 지연은 바로 d/s로 됩니다. 이는 링크가 처음에서 다음 라우터까지 전파되는데 걸리는 시간입니다. 

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 예시
자동차 속도 (전파 속도) 100km/hr

요금계산소는 12초에 1대씩 서비스(transmission time)

 

자동차 = 비트

자동차 배열 = 패킷

 

Q. 10대 자동차 배열이 첫 번째 요금계산소에서 두 번째 요금계산소에 도착할 때까지의 시간은?

 

요금계산소에서 전체 자동차 대열을 고속도로로 밀어내는데 걸리는 시간 = 12 * 10 = 120sec (전송지연)

한 자동차가 한 요금계산소에서 다음 요금계산소까지 걸리는 시간 100km/(100hr) = 1hr (전파지연)

 

총 62분이 걸립니다.

 

전송지연은 패킷 길이와 전송률의 함수. 거리와는 무관합니다.

전파지연은 거리의 함수. 패킷 길이 혹은 전송률과는 무관합니다. 

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처리, 전송, 전파는 고정된 상수의 값을 가지지만 큐잉지연은 네트워크 성능을 평가할 때 가장 중요한 전원에 속하는 요소가 바로 혼잡도에 따라서 달라지기 때문에 중요하게 꼽힙니다.

 

큐잉지연

버퍼에서 얼마나 오래 기다려야 하는가에 영향을 받는 것

 

패킷이 겹치는 부분이 발생하지 않으면 빠르게 처리가 되며 No overhead가 됩니다. 하지만 동시에 도착할 경우 라우터가 한꺼번에 처리를 할 수 없기 때문에 하나는 기다려야 하므로 일시적을 과부화가 발생합니다.

 

Queue에 패킷들이 저장되었다가 자기가 처리될 때까지 기다렸다가 출력링크로 전달됩니다. 버퍼에서 기다리는 시간이 트래픽의 패턴에 따라서 가변적으로 바뀌게 됩니다. 

 

이 큐잉지연은 트래픽 패턴에 의존합니다.

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트래픽 강도 (traffic intensity) = La/ R

 

R : 링크의 대역폭

L : 패킷의 길이

a : 패킷의 도착 평균

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트래픽강도를 그대프로 그리면 1로 발산하는 그래프가 됩니다.

1에 가까워질수록 기하급수적으로 커집니다. 0-에 가까울수록 작은 큐잉지연을 가지지만 1에 가까워질수록 트래픽강도는 커지며 기하급수적인 트래픽이 발생하게 됩니다.