[네트워크] 패킷 교환 지연- 처리(proc), 큐잉(queue), 전송(trans), 전파(prop)

 

서론

[네트워크] 데이터 교환 방식 - 패킷 교환

패킷 교환에 대해 한번 떠올려보면 패킷이 한 호스트(출발지)에서 시작하고 일련의 라우터들을 통과하며, 다른 호스트(목적지)로 갈 때까지 패킷은 경로상의 각 노드에서 다양한 지연을 겪게 된다는 것을 알 수 있습니다. 이러한 지연에는 아래와 같은 지연들이 있습니다.

1. 노드 처리 지연(nodal processing delay)
2. 큐잉 지연(queuing delay)
3. 전송 지연(transmission delay)
4. 전파 지연(propagation delay)

이 지연들을 전부 합쳐서 전체 노드 지연(total nodal dealy)라고 하는데 이번 게시글에서는 이러한 패킷 교환 방식에서 일어나는 지연에 대해 정리해 보겠습니다.

 

라우터 A에서의 노드 지연

1. 처리 지연(processing dalay)

패킷의 헤더를 조사하고 그 패킷을 어디로 보낼지를 결정하는 시간을 처리 지연(processing dalay)이라고 합니다. 처리 지연은 업스트림 노드에서 라우터 A로 패킷의 비트를 전송하면서 발생하는 패킷의 비트 오류를 조사하는 데 걸리는 시간과 같은 요소들을 포함합니다. 고속 라우터에서의 처리 지연은 일반적으로 수 msec입니다. 이 노드 처리 후에 라우터는 그 패킷을 라우터 B에 이르는 링크의 큐로 보냅니다.

2. 큐잉 지연(queuing dealy)

패킷은 큐에서 링크로 전송되기를 기다리면서 큐잉 지연(queuing delay)을 겪습니다. 특정 패킷의 큐잉 지연 길이는 큐에 저장되어 링크로 전송되기를 기다리는 다른 앞서 도착한 패킷의 수에 의해 결정됩니다. 주어진 패킷의 지연은 패킷마다 상당히 다르며, 큐가 비어있고 다른 패킷이 전송 중인 상태가 아니라면 패킷의 큐잉 지연은 0입니다. 반면 트래픽이 많고 다른 많은 패킷이 전송 대기 중이면, 큐잉 지연은 매우 길어집니다.

3. 전송 지연(transmission dealy)

만약 패킷이 선입선출 방식으로 전송된다고 가정하면, 인터넷에서 일반적인 것처럼 패킷은 앞서 도착한 다른 모든 패킷들이 전송된 다음에 전송됩니다. 패킷의 길이를 L 비트, 라우터 A에서 라우터 B까지의 링크 전송률은 R bps로 나타냅니다. R은 라우터 B로 가는 링크의 전송률에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 10 Mbps 이더넷 링크의 경우 전송률 R은 10 Mbps이고, 100 Mbps 이더넷 링크의 경우 전송률 R은 100 Mbps입니다. 전송 지연(transmission delay)은 L/R인데 이것은 패킷의 모든 비트를 링크로 전송하는데 필요한 시간입니다.

4. 전파 지연(propagation delay)

일단 비트가 링크에 전해지면 라우터 B까지 전파되어야 합니다. 링크의 처음부터 라우터 B까지의 전파에 필요한 시간이 바로 전파 지연(propagation dealy)입니다. 비트는 링크의 전파속도로 전파되며, 전파속도는 링크의 물리 매체에 따라 다릅니다.

물리 매체의 종류는(광섬유, 위성 등)이 있고 이전 게시글에서 한번 정리한 적이 있습니다.

[네트워크] 네트워크의 물리 매체

전파 지연은 d/s인데 이때 d는 라우터 A와 B사이의 거리고, s는 링크의 전파속도입니다. 일단 패킷의 마지막 비트가 B 노드에 전파되면, 이 비트와 앞선 모든 비트는 라우터 B에 저장됩니다. 라우터 B에서 이러한 과정이 다음 노드로 전달되기 위해 반복됩니다.

 

전송 지연 vs 전파 지연

 그렇다면 우리는 전송 지연과 전파 지연에 대해 헷갈릴 수도 있습니다. 따라서 한번 짚고 넘어가겠습니다.

종류	특징
전송 지연(transmission delay)	- 라우터가 패킷을 내보내는데 필요한 시간 - 두 라우터 사이의 거리와는 관계가 없음
전파 지연(propagation dealy)	- 비트가 한 라우터에서 다음 라우터로 전파되는 데 걸리는 시간 - 패킷 길이나 링크 전송률과는 관계 없음

한번 아래의 이미지 예시로 설명을 해보겠습니다.

전송 지연과 전파 지연

위 이미지는 먼저 10대의 자동차가 전부 하나의 패킷입니다. 따라서 1번째 자동차부터 A 계산소에서 요금을 결제하고 기다리다가 마지막 10번째 자동차가 A계산소에서 요금을 결제하게 되면 모든 자동차가 함께 요금 계산소 B로 출발합니다.

이때 전송 지연은 10대의 자동차가 모두 요금 계산소 A의 정산을 모두 마치는데 까지 걸리는 시간입니다. 예를 들어 요금 계산소 A에서 요금을 정산하는 시간이 차량 한 대당 1분이라면 위 이미지의 전송 지연은 10분이 됩니다.

전파 지연은 10대의 자동차(하나의 패킷)가 자동차가 자동차가 요금 계산소 A에서 요금 계산소 B까지 이동하는 데 걸리는 시간입니다.(10대의 자동차는 하나의 패킷이기 때문에 한 번에 이동) 위 이미지에서는 1시간(60분) 입니다.

 

마무리

따라서 전체 노드 지연은 다음과 같습니다.

d(nodal, 전체) = d(proc, 처리) + d(queue, 큐잉) + d(trans, 전송) + d(prop, 전파)​