[네트워크] 혼잡 제어

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3장 2, 연결지향형 TCP, 혼잡 제어 | Notion

 

혼잡 제어 (네트워크)

혼잡 제어가 필요한 이유 (원인과 비용 관점에서)

• ~혼잡 제어 → 문제
• 혼잡 제어 → ~ 문제
• 재전송 X, 타임아웃이 매우 큰 경우, 타임아웃이 보통인 경우
• 전송률을 증가시켰을 때 어떤 일이 일어나는지

1. 시나리오 1 : 2개의 송신자, 무한 버퍼, 하나의 라우터

• 가정
  • 오류 복구 (재전송) X, 흐름 제어 X, 혼잡 제어 X
  • 호스트 A 평균 전송률 : λin 바이트/초
  • 라우터의 용량 R = 공유 출력 링크
  • 라우터에 무한 버퍼 O
• 호스트 A, 호스트 B 각각 λin 바이트/초

 

• 아래의 그래프는 호스트 A의 연결 성능
• a 연결당 처리량(수신자측에서의 초당 바이트 수)
  • 송신자 전송률 0 ~ R/2 - 수신자 처리량 = 송신자 전송률
  • 송신자 전송률 R/2 이상 - 수신자 처리량 = R/2
    • Why ? 2개의 송신자가 하나의 라우터를 공유하기 때문에
    • = 링크는 안정 상태에서는 R/2를 초과 X
  • 결론 Not bad
• b 링크 용량 근처에서의 동작 결과 - 혼잡 원인 제공
  • 송신자 전송률 R/2 근접 ⇒ 평균 지연 大
  • 송신자 전송률 R/2 초과 ⇒ 평균 지연 무제한
    • R, 호스트 A = 0.6R, 호스트 B = 0.6R
    1. 1초 뒤 : 라우터 버퍼에 0.2R 쌓임
    2. 2초 뒤 : 라우터 버퍼에 0.4R 쌓임
    3. ··· ⇒ ∞
  ⇒ 패킷 도착률이 링크 용량에 근접할수록 큐잉 지연이 커진다.

 

1. 시나리오 2 : 2개의 송신자, 유한 버퍼, 하나의 라우터

• 가정 : 오류 제어(재전송) = 신뢰적
• 원본 데이터 송신율 = λ 바이트/초
• 원본 데이터 + 재전송 데이터 송신율 = λ‛ 바이트 /초
  • 네트워크에 재공된 부하(offered load)
• ※ 전송률 vs 송신율 정의보완___
  • 전송률 = 링크의 최대 용량
  • 송신율 = 실제로 밀어 넣는 양. (원본 데이터 / 재전송)
  • → 시나리오 1의 경우는 재전송이 없었고 다른 조건(IP 계층으로 내리는 속도)를 고려하지 않았기에 전송률로 표기

 

• a 라우터 버퍼가 비어 있을 때만 송신자가 재전송
  • λin = λ‛in = λout
  • R/2 초과 X
• b 패킷이 확실히 손실된 것을 알았을 때만 송신자가 재전송 = 타임아웃 太 - 혼잡 원인
  • 예시 그래프에 따르면 λ‛in 가 R/2인 경우 λout = R/3
    • 전송한 R/2 = 원본 데이터 (0.333R 바이트/초) + 재전송 데이터 (0.166R 바이트/초)
    • 비용 : 버퍼 오버플로 때문에 버려진 패킷을 위해 재전송
• c 큐에서 지연되고 있지만 너무 일찍 타임아웃 되어서 재전송 되는 경우 - 혼잡 원인
  • 원래의 패킷, 재전송된 패킷 (복사본) 모두 수신자에게 전송
  • 따라서 평균적으로 각 패킷이 두번씩 전달 = R/4의 처리량을 가진다
  • 비용 : 라우터가 패킷의 불필요한 복사본들을 전송하는 데 링크 대역폭을 사용

 

1. 시나리오 3 : 4개의 송신자, 유한 버퍼, 두 개의 라우터 (멀티홉 경로)
   • 가정
     • 호스트 A → 호스트 C
     • R1 (A→C, D→B 공유)
     • R2 (A→C, B→D 공유)

1. λ‛ in 이 작은 경우
   • 오버플로 거의 X
   • λout 선형 증가
2. λ‛ in 이 큰 경우
   • R2에서 일어나는 일
   1. A~C는 이미 R1 거쳐서 링크 용량 R 한계를 가짐(도착률)
   2. B~D는 R2가 첫 번째 라우터 = λ‛ in가 커지면 송신율이 무한하게 커짐
   3. B~D가 링크 용량을 많이 차지해서 A~C가 경쟁에서 짐
   4. λout 감소 → 0으로 수렴 (종단 간 처리율 0으로 감소)

• 비용 : R1에서 보냈으나 R2에서 버려진 패킷 증가 (우선순위를 부여했으면 어땠었을까.)
• ⇒ R1 라우터 낭비

혼잡 해결 방식

• 종단 간의 혼잡 제어
  • 혼잡 제어에 네트워크 계층이 직접적으로 도움 X
  • = 종단 시스템이 네트워크를 “관찰”해서 추측
    • TCP 손실 이벤트
      • 타임아웃
      • 3개의 중복 ACK
    • → 네트워크 혼잡이구나! → 혼잡 윈도우 크기 줄이자!
• 네트워크 지원 혼잡 제어
  • 네트워크 계층이 직접적으로 도움 O (피드백, 송/수신자 모두에게)
  • IBM SNA [Schwartz 1982], DEC DECnet [Jain 1989; Ramakrishnan 1990] architectures, ATM
    [Black 1995] 채택
  • ATM ABR(Available Bite Rate) 혼잡 제어
    • 라우터는 자신이 출력 링크에 제공할 수 있는 전송률을 송신자에게 알림.
  1. 직접 피드백 (Direct network feedback)
     • 네트워크 라우터 → 송신자
     • 초크 패킷(choke packet) 형태로 혼잡하다고 알림
  2. 라우터가 송신자 → 수신자 패킷 특정 필드에 표시/수정
     • 완전한 왕복 시간(RTT)