[Network] 1.6 패킷교환 네트워크에서 지연과 손실

여기서부터는 익혀야한다.

*패킷의 지연과 손실

패킷은 라우터의 버퍼에 시간순으로 저장된 이후 전송된다.

• 패킷이 라우터에 들어오는 량이 라우터가 전송 가능한 량을 초과한 경우
• 패킷이 라우터의 큐에서 처리순서를 기다리는 경우

# IP는 속이기 어렵다. IP는 국가가 관리하기 때문에 북한이나 IP 스푸핑이 가능하다.

# BGP 백본망에 있는 수동으로 설정된 라우터를….건들면 가능할지도 모른다.

# 지연 : 패킷이 예상보다 늦게 오는것

# 손실 : 중간에 없어지는것

# 서킷망은 이런 현상이 없다.

# 지연과 손실문제를 코어(네트워크)에서 해결하지 못하니 엣지(데이터링크)에서 해결해야한다.

# 통계적 다중화 방식으로 처리한다.

*패킷이 지연되는 4가지 요소

1. 처리 지연

• 패킷의 헤더를 조사 에러를 점검
• 출력 방향을 결정

# 패킷을 까서 분석하느라 걸리는 시간

# 장비개발업체들의 관심사

2. 큐잉 지연

• 큐에 저장되어 전송을 기다리는 시간
• 라우터의 혼잡처리에 의존한다.

# 미리 와서 쌓인 패킷들이 먼저 처리될때까지 기다리는 시간

# 유한대의 공간인 스위치들은 꽉차버리면 패킷을 없애버린다.

# TCP는 그래서 시퀀스넘버와 체크섬으로 보전해준다. 

# 편차가 매우 크다. 트래픽량이 많아질 때

# 프로토콜이 그나마 완화시킬 수 있는 지연

Link : node간의 connection

Path : a sequence of link

3. 전송 지연

• R = 링크의 전송률
• L = 패킷의 길이
• 전송지연 = L/R

# 10mbps 100MB 보내는데 10초걸리는게 전송지연이다.

# 개선하는건 기술개선밖에 없다.

# 링크의 전송률과 패킷의 길이의 관계를 이해

4. 전파 지연(Propagation delay)

• d = 링크의 길이
• s = 전달 속도(2*108 m/sec)
• 전파 지연 = d/s

# 인간이 감지하기 힘들기떄문에 신경 잘 안쓴다.

# 전파가 날라갈때..

R과 s는 크기가 매우 다르다

*전송지연과 전파지연

자동차의 속도는 100km/hr

요금소는 12초마다 한대의 차를 통과 시킨다.

10대의 차량이 함께 이동중이다.

요금소에 도달한 첫 번재 차량은 나머지 모든 차량이 도착 할 때까지 요금소 앞에서 대기한다.

Car는 bit로 caravan은 packet으로 생각할 수 있다.

자동차 10대가 요금소를 빠져 나가는 시간

10 * 12 = 120 sec

마지막 차량이 두번째 요금소에 도달하기 까지 시간

100km/100Km/hr = 1hr (60minutes)

Q :차량의 대열이 하나의 요금소를 지나 두번째 요금소에 도달하는 시간은?

A : 62 minutes

자동차의 속도는 1000km/hr

요금소는 1분마다 한대의 차를 통과 시킨다.

이외의 조건은 동일

Q : 모든 차량이 첫번째 요금소를 빠져나오기 전에 두번째 요금소에 도착하는 차량이 있겠는가?

A : 그렇다

7분후에 첫번째 차량이 두번째 오금소에 도달하고 이때 3대의 차량은 아직 첫번째 요금소에 있다.

이런경우는 패킷교환 네트워크에서도 발생한다.

패킷의 첫 번째 bit가 다른 bit들이 출발지 라우터에서 전송을 기다리는 동안 이미 다음 라우터에 도착 할 수 있다.

*전체 노드간의 지연

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

dproc : 처리 지연

• 수 마이크로초 정도로 보통 무시된다.
• 라우터의 최대 처리률에는 상당한 영향을 준다.

dqueue : 큐잉 지연

• 혼잡도에 따라 다르다

# 혼잡도 : 네트워크에 패킷이 얼마나 몰려서 처리가 안되느냐

dtrans : 전송 지연

• L/R : 일반적으로 무시 가능하다. (10Mbps 이상에서)
• 매우 저속의 링크에서는 수 백밀리초에 이를 수 있다.

dprop: 전파 지연

• 수 마이크로 초로 무시 가능하다.
• 정지위성의 경우 수백 밀리초에 이를 수 있다.

*큐잉 지연 (queueing delay)

R = Link의 bandwidth (bps)

• 전송률

L = 패킷의 길이 (bits)

a = 패킷이 큐에 도착하는 평균

속도 (패킷/초 단위)

트래픽 강도 = La/R

# R을 올리는 방법은 대역폭을 늘린다.

# R은 고정된값으로 트래픽 강도에 영향을 미치지 않는다. - 프로토콜이 어떻게 할수 없다.

# L은 패킷의 크기

# a는 패킷의 전송속도 - 프로토콜이 조정하는 일

La/R ~ 0 : 큐잉 지연이 매우 작다

La/R → 1 : 지연이 커진다.

La/R > 1 : 큐잉지연은 무한대로 증가한다. (큐의 길이가 무한이 늘어난다)

• 큐에 도착하는 비트가 큐에서 전송되는 비율을 초과하는 경우

“트래픽 강도가 1보다 크지 않게 시스템을 설계한다.”

*인터넷에서 지연과 경로 확인

어떻게 인터넷에서 지연과 손실을 볼 수 있는가?

Traceroute : 출발지에서 목적지 호스트까지 경로상에 있는 모든 라우터까지의 전달과정과 지연을 측정한다.

• 경로에 N-1개의 라우터가 존재한다면 출발지는 1부터 N까지 표시된 패킷을 전송한다.
• n번째 라우터는 n번째 패킷을 받으면 패킷을 목적지에 전송하지 않고 출발지로메시지을 전송한다.
• 출발지는 패킷을 보낸 이후 응답을 받을 때까지의 시간과 메시지를 보내온 라우터의 이름과 주소을 기록한다.
• 목적지가 N번째 패킷을 받으면 목적지는 그 패킷을 폐기하고 출발지로 응답 패킷을 전송한다.
• 위의 과정은 각 단계별로 세번 반복한다.

*인터넷에서 지연과 경로 확인

*패킷 손실

큐의 용량이 무한대가 아님으로 트래픽 강도가 1에 접근하면 패킷 지연이 무한대가 되지 않는다.

패킷이 큐에 도착 했을때 큐가 꽉 차있다면 패킷은 버려진다.

손실된 패킷의 처리는 재전송 되거나 무시되거나 교정 될 수 있다.