[CH.01] Performance: loss, delay, throughput

왜 packet loss와 delay가 발생할까?

packet들은 router buffer에서 대기(queue)하고 있다.

이 packet들은 자기 차례까지 기다리게 되는데, link 할 packet 도착률(arrival rate)이 일시적으로 output link capacity(용량)을 초과하게 되면 packet loss가 발생한다.

→ Buffer가 가득 찼는데 packet이 새로 들어오는 경우

 

4 Packet Delay

packet delay에는 4가지 종류가 존재한다. 차례대로 살펴보자.

d_nodal = 전체 노드 지연

1. Nodal processing delay ( d_proc )

• Router로 들어오는 packet header를 조사하고 어디로 보낼지 결정하는 데 걸리는 시간(Buffer에서 처리하는 시간)
• check bit error
• output link 결정

2. Queuing delay ( d_queue )

• Queue에서 기다리는 데 걸리는 시간
• Queue에 들어오는 순간부터 나갈 때까지의 시간

3. Transmission delay ( d_trans )

• Queue에서 output link로 모든 packet을 내보내는 데 걸리는 시간
• = L/R

4. Propagation delay ( d_prop )

• output link에서부터 router까지 전송되는 데 걸리는 시간
• 전송거리에 따른 지연 시간
• d = physical link의 길이(거리) , s = propagation speed 일 때,
• d_prop = d/s

※ d_trans와 d_prop는 매우 다르다. d_trans는 해당 router에서 선입선출 방식으로 output link로 packet이 빠져나가는 것을 의미한다. d_prop는 다른 router로 전송되는데 까지 걸리는 시간이다.

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Packet queuing delay

R = 전송률(link bandwidth, 비트가 큐에서 밀려나는 비율(bits/sec))

L = packet length (bits)

a = 패킷이 큐에 도착하는 평균율

이라 할 때, (전송률 R 동안 L 패킷이 큐에 도착하는 평균율) = La/R

La/R이 0에 가까우면, 평균 d_queue는 낮아진다. 

La/R이 1에 가까워질수록 평균 d_queue가 높아진다.

La/R이 1보다 큰 경우는 비트가 큐에 도착하는 평균율이 전송되는 비율을 초과해, 큐는 끝없이 증가하가 d_queue는 무한대에 도달한다. 따라서 La/R이 1이 넘지 않도록 설계해야 한다.

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​Packet loss

Buffer의 선행 link에 대한 큐는 한정된 용량을 가지고 있다.

가득 찬 큐에 도착한 패킷은 버려진다(drop/loss).

손실된 패킷은 이전 노드나 source end system에 의해 재전송될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

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Throughput

주어진 시간에 데이터를 얼마나 보낼 수 있는가?

송신자와 수신자 사이에서 bits가 전송되는 속도이다.

• Instantaneous : 주어진 시점에서의 속도
• average : 장기간의 평균 속도

1. R_s < R_c인 경우

라우터에서 클라이언트까지 빠른 속도로 보낼 수 있어도(R_c), 라우터까지 도달하는 전송속도(R_s)가 느리면 R_c의 빠른 속도는 무용지물이다. 이 경우, throughput은 R_s를 따른다.

 

2. R_s > R_c인 경우

아무리 라우터에 패킷이 빨리 도착하더라도 R_c의 속도가 느리기 때문에 수신하는 속도를 감당하지 못하고 R_c의 속도로 클라이언트에게 전송한다. 이 경우, throughput은 R_c를 따른다.

 

위의 경우에서 알 수 있듯이, Throughput은 낮은 전송속도를 따른게 된다.

→ Bottleneck link