초록

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SCTP는 TCP와 마찬가지로 연결 지향적이며 신뢰성 있는 데이터의 전송을 위한 전송 계층 프로토콜이다. SCTP는 오류 및 플로우 제어 등 많은 부분에 있어서 TCP의 방식을 그대로 따르며, 거기에 더하여 멀티스트리밍과 멀티호밍 특성을 가진다. 이 논문에서는 TCP와 다른 대표적인 특징들 중 멀티호밍이 성능에 미치는 영향을 살펴 보았다. 먼저 프로토콜간의 성능 비교를 통해서는 SCTP 프로토콜이 TCP와 다른 혼잡 제어 메커니즘을 사용함으로 인해 TCP Reno나 TCP SACK에 비해 향상된 성능을 보임을 확인할 수 있었다. 또한, 멀티호밍을 지원하는 경우 현재의 SCTP의 재전송 정책이 프라이머리 경로와 대체 경로간의 경로 특성의 따라 성능 저하를 가져올 수 있는 잠재적인 문제점을 가짐을 확인하였다.

SCTP는 TCP와 마찬가지로 연결 지향적이며 신뢰성 있는 데이터의 전송을 위한 전송 계층 프로토콜이다. SCTP는 오류 및 플로우 제어 등 많은 부분에 있어서 TCP의 방식을 그대로 따르며, 거기에 더하여 멀티스트리밍과 멀티호밍 특성을 가진다. 이 논문에서는 TCP와 다른 대표적인 특징들 중 멀티호밍이 성능에 미치는 영향을 살펴 보았다. 먼저 프로토콜간의 성능 비교를 통해서는 SCTP 프로토콜이 TCP와 다른 혼잡 제어 메커니즘을 사용함으로 인해 TCP Reno나 TCP SACK에 비해 향상된 성능을 보임을 확인할 수 있었다. 또한, 멀티호밍을 지원하는 경우 현재의 SCTP의 재전송 정책이 프라이머리 경로와 대체 경로간의 경로 특성의 따라 성능 저하를 가져올 수 있는 잠재적인 문제점을 가짐을 확인하였다.

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 논문에서는 SCTP의 대표적인 특징 중 멀티 호밍이 성능에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다. 이를 통해 프라이머리 경로와 대체 경로의 손실율, RTT등의 차이가 프로토콜 성능에 큰 영향을 미치며, 대체 경로가 대역폭이나 전파 지연, 손실율 등에서 프라이머리 경로에 비해 나쁜 특성을 가질 때는 물론 비슷한 특성을 지니는 경우에도 대체 경로를 재전송 경로로써 사용하는 것이 오히려 성능 저하를 가져옴울 알 수 있었다.
• 그러나 경우에 따라서는 힌 재의 SCTP의 재전송 정책은 성능을 감소시킬 수도 있다. 이 논문에서는 시뮬레이션을 통해 이러한 현재 SCTP의 재전송 정책의 잠재적인 문제점을 보여주고자 한다.
• 이 논문에서는 이중 멀티 호밍이 성능에 미치는 영향을 살펴보고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
• 이 절에서는 재전송을 위한 대체 경로의 경로 특성을 다양하게 설정해보면서 SCTP의 성능을 살펴보고자 한다. SCTP는 멀티 호밍 호스트인 경우 프라이머리 경로로 패킷을 전송하고 프라이머리 경로에서 손실된 패킷을 재전송하는 경우에만 대체 경로를 이용한다.
• 이러한 SCTP의 현재 재전송 정책은 모든 재전송을 대체 목적지 주소로 보냄으로써 재전송 패킷이 수신 측에 제대로 도착할 수 있는 기회를 늘리자는 데에 목적을 둔다. 여기에는 기본적으로 패킷 손실의 원인이 해당 목적지 주소가 더 이상 도달 가능흥卜지 않거나 해당 경로가 혼잡이라는 가정을 가진다.
• SCTP는 기본적으로 TCP의 혼잡 제어 메커니즘을 기반으로 하고 있으나, 부분적인 차이로 인해 두 프로토콜은 성능은 다르게 된다. 이를 살펴보기 위해 두 프로토콜의 혼잡제어 메커니즘에 대해 간략히 설명하고자 한다.
• SCTP는 멀티 호밍 호스트인 경우 프라이머리 경로로 패킷을 전송하고 프라이머리 경로에서 손실된 패킷을 재전송하는 경우에만 대체 경로를 이용한다. 인터넷 환경에서 두 경로는 다른 특성을 지니고 있다고 보는 것이 일반적이므로, 두 경로의 특성이 다른 경우 재전송 경로 선택에 따라 성눙에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 한다. 이를 위해 대체 경로로 재전송하는 현재의 SCTP 재전송 정책과 데이터가 손실되었던 이전 경로로 재전송하 눈 정책 두 가지를 서로 비교하였다.

가설 설정

• 이러한 SCTP의 현재 재전송 정책은 모든 재전송을 대체 목적지 주소로 보냄으로써 재전송 패킷이 수신 측에 제대로 도착할 수 있는 기회를 늘리자는 데에 목적을 둔다. 여기에는 기본적으로 패킷 손실의 원인이 해당 목적지 주소가 더 이상 도달 가능흥卜지 않거나 해당 경로가 혼잡이라는 가정을 가진다. 그러나 경우에 따라서는 힌 재의 SCTP의 재전송 정책은 성능을 감소시킬 수도 있다.
• 각 에지 노드에는 TCP 또는 SCTP 에이전트가을려지며, TCP 송신 측은 path。을 통해 TCP 수신 측에 데이터를 전송한다고 가정하였고, SCTP 송 신측은 멀티 호밍 호스트를 실험하는 경우 path。을 프라이머리 경로로 사용하고 pathl율 대체 경로로써 재전송을 위해 사용한다고 가정하였다. 싱글호밍 호스트인 경우의 SCTP 성능 측정을 위해서는 TCP와 마찬가지로 path。을 이용하여 데이터를 전송한다고 가정하였다.
• 그림 1은 시뮬레이션을 위해 사욤된 토폴로지로써 두 에지 노드(송신원과 수신원)는 동일한 대역폭 및 지연을 가지는 두 개의 경로 path。과 pathl을 통해 연결되어 있다. 각 에지 노드에는 TCP 또는 SCTP 에이전트가을려지며, TCP 송신 측은 path。을 통해 TCP 수신 측에 데이터를 전송한다고 가정하였고, SCTP 송 신측은 멀티 호밍 호스트를 실험하는 경우 path。을 프라이머리 경로로 사용하고 pathl율 대체 경로로써 재전송을 위해 사용한다고 가정하였다. 싱글호밍 호스트인 경우의 SCTP 성능 측정을 위해서는 TCP와 마찬가지로 path。을 이용하여 데이터를 전송한다고 가정하였다.
• 그림 2는 path。의 패킷 손실율을 0 ~ 16%까지 변화시키며 각 프로토콜의 파일 전송 시간을 측정한 결과를 보인 것이다. 이때 기존의 SCTP 성능 연구들에서 가정한 바와 같이 채 전송 경로인 pathle 패킷 손실이 전혀 없는 경로라고 가정하였다. 패킷 손실율은 어소시에이션이 유지되는 전체 시간 동안의 패킷 손실에 대한 것이며, 패킷 손실은 균일 에러 모델(uniform error mod이)에 따라 발생하도록 하였다.

제안 방법

• 4.1절의 기본적인 가정 하에 두 경로의 패킷 손실율 및 대체 경로인pathl의 대역폭과 지연을 다양하게 변화시켜보면서 4MB 파일을 전송하는 데에 소요되는 시간을 측정하였다. 파일 전송 시간은 송신 측 SCTP에서 4MB 파일을 전송하기 시작하는 시간으로부터 이 파일이 수신 측에 모두 도착하기까지의 시간을 나타낸다.
• SCTP가 기본적으로 SACK을 사용하므로 TCP SACK 과의 비교를 통해 SACK 사용으로 인한 두 프로토콜 간의 성능 차이를 배제하고, 멀티 호밍과 함께 SACK이외의 SCTP 혼잡제어 방식으로 인해 발생하는 SCTP와 TCP의 성능 차이를 볼 수 있다. 또한, 멀티 호밍을 지원하는 경우 프라이머리 경로와 대체 경로들 간의 경로 특성에 따른 SCTP 성능을 살펴보기 위한 살험을 수행하였다. 시뮬레이션은 ns-2 네트워크 시뮬레이터를 이용하였으며, 리눅스레드햇 7.
• 먼저 일반적인 데이터 전송 시에 SCTP와 TCP의 성능 차이를 알아보기 위해 SCTP와 TCP 에 대해 실험을 수행하였다. TCP 는 현재 신뢰성 있는 전송 프로토콜로써 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 프로토콜인 TCP Ren。와 함께 TCP SACK을 실험하였다.
• 먼저 일반적인 데이터 전송 시에 SCTP와 TCP의 성능 차이를 알아보기 위해 SCTP와 TCP 에 대해 실험을 수행하였다. TCP 는 현재 신뢰성 있는 전송 프로토콜로써 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 프로토콜인 TCP Ren。와 함께 TCP SACK을 실험하였다. SCTP가 기본적으로 SACK을 사용하므로 TCP SACK 과의 비교를 통해 SACK 사용으로 인한 두 프로토콜 간의 성능 차이를 배제하고, 멀티 호밍과 함께 SACK이외의 SCTP 혼잡제어 방식으로 인해 발생하는 SCTP와 TCP의 성능 차이를 볼 수 있다.
• 인터넷 환경에서 두 경로는 다른 특성을 지니고 있다고 보는 것이 일반적이므로, 두 경로의 특성이 다른 경우 재전송 경로 선택에 따라 성눙에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 한다. 이를 위해 대체 경로로 재전송하는 현재의 SCTP 재전송 정책과 데이터가 손실되었던 이전 경로로 재전송하 눈 정책 두 가지를 서로 비교하였다.
• 이때 기존의 SCTP 성능 연구들에서 가정한 바와 같이 채 전송 경로인 pathle 패킷 손실이 전혀 없는 경로라고 가정하였다. 패킷 손실율은 어소시에이션이 유지되는 전체 시간 동안의 패킷 손실에 대한 것이며, 패킷 손실은 균일 에러 모델(uniform error mod이)에 따라 발생하도록 하였다. 패킷의 손실율이 높아질수록 멀티호밍을 사용하는지의 여부에 관계없이 SCTP 스킴들이 TCP 스킴들에 비해 월등하게 좋운 성능을 보였다.

대상 데이터

• 또한, 멀티 호밍을 지원하는 경우 프라이머리 경로와 대체 경로들 간의 경로 특성에 따른 SCTP 성능을 살펴보기 위한 살험을 수행하였다. 시뮬레이션은 ns-2 네트워크 시뮬레이터를 이용하였으며, 리눅스레드햇 7.3에서 수행되었다.

성능/효과

• SCTP 계층에서 대역폭이나 전파 지연은 RTT를 통해서만 파악이 가능하므로, 결론적으로 현재의 재전송 정책은 대체 경로가 프라이머리 경로에 비해 신뢰성 있으며, 짧은 RTT를 가질 때에 만 두 개의 경로를 사용하는 것이 효과적임을 알 수 있다. 따라서 현재 SCTP의 재전송 정책은 이러한 조건을 만족하지 않는 경우에 오히려 성능 저하를 가져을 수 있다.
• 파일 전송 시간은 송신 측 SCTP에서 4MB 파일을 전송하기 시작하는 시간으로부터 이 파일이 수신 측에 모두 도착하기까지의 시간을 나타낸다. 무작위성을 가정하는 실험에 대해서는 모두 100번의 시뮬레이션을 수행하여 그 평균값을 취한 결과를 보였다.
• 위의 결과를 통하여 손실율 측면에서 볼 때 재전송을 위한 대체 경로가 데이터 전송을 위해 사용되고 있는 프라이머리 경로에 비해 신뢰성 있는 경로인 경우에만 두 경로를 동시에 사용하는 것이 성능 향상에 도움이 됨을 알 수 있다. 손실율 외에도 두 경로의 대역폭이나 전파 지연이 다른 경우에 실험에서도 이와 유사하게 대체 경로의 대역폭이나 전파 지연이 프라이머리 경로의 대역폭이나 전파 지연에 비해 일정 수준 이상 좋은 경우에만 대체 경로로 재전송을 하는 것이 효과적임을 확인하였다.
• 2%인 경우는 프라이머리 경로에서의 패킷 손실율이 낮기 때문에 재전송 경로를 이용하는 빈도 자체가 적으므로 프라이 머 리 경로로만 재전송을 하는 방식과 전송시간의 차이가 거의 없다. 위의 결과를 통하여 손실율 측면에서 볼 때 재전송을 위한 대체 경로가 데이터 전송을 위해 사용되고 있는 프라이머리 경로에 비해 신뢰성 있는 경로인 경우에만 두 경로를 동시에 사용하는 것이 성능 향상에 도움이 됨을 알 수 있다. 손실율 외에도 두 경로의 대역폭이나 전파 지연이 다른 경우에 실험에서도 이와 유사하게 대체 경로의 대역폭이나 전파 지연이 프라이머리 경로의 대역폭이나 전파 지연에 비해 일정 수준 이상 좋은 경우에만 대체 경로로 재전송을 하는 것이 효과적임을 확인하였다.
• 본 논문에서는 SCTP의 대표적인 특징 중 멀티 호밍이 성능에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다. 이를 통해 프라이머리 경로와 대체 경로의 손실율, RTT등의 차이가 프로토콜 성능에 큰 영향을 미치며, 대체 경로가 대역폭이나 전파 지연, 손실율 등에서 프라이머리 경로에 비해 나쁜 특성을 가질 때는 물론 비슷한 특성을 지니는 경우에도 대체 경로를 재전송 경로로써 사용하는 것이 오히려 성능 저하를 가져옴울 알 수 있었다. 따라서 대체 경로를 재전송을 위해 이용할 때에는 대체 경로들의 상태 파악이 중요한 요소가 됨을 알 수 있다.
• 손실율이 4%를 넘어서게 되면 멀티 호밍을 지원하는 경우의 SCTP가 path。만을 사용하는 SCTP보다 더 나은 성능을 보이는데, 이는 프라이머리 경로의 손실이 많은 경우에 재전송 경로를 사용하는 빈도수가 높아지게 되어 두 개의 경로를 사용하게 되는 시간이 길어짐에 따른 것이며, 또 이 실험에서 재전송 경로는 손실이 전혀 없는 경로이므로 빠른 손실복구가 가능하기 때문이다. 이와 같은 실험 결과를 통해 종합적으로 볼 때, 패킷 손실에 대응하는 SCTP의 혼잡제어 방식이 TCP보다 더 효율적이며, 완벽한 재전송 경로 가정하에서는 멀티 호밍을 사용하는 SCTP가 그렇지 않은 SCTP에 비해 더 높은 성능을 보임을 알 수 있다.
• 패킷 손실율은 어소시에이션이 유지되는 전체 시간 동안의 패킷 손실에 대한 것이며, 패킷 손실은 균일 에러 모델(uniform error mod이)에 따라 발생하도록 하였다. 패킷의 손실율이 높아질수록 멀티호밍을 사용하는지의 여부에 관계없이 SCTP 스킴들이 TCP 스킴들에 비해 월등하게 좋운 성능을 보였다. TCP와 마찬가지로 pathO 만을 사용하는 SCTP도 TCP보다 좋은 성능을 보이므로 이것은 멀티 호밍에 의한 성능 차이가 아닌 3장에서 설명한 SCTP와 TCP의 혼잡제어 메커니즘의 차이에 따른 것이다.

후속연구

• 따라서 대체 경로를 재전송을 위해 이용할 때에는 대체 경로들의 상태 파악이 중요한 요소가 됨을 알 수 있다. 따라서 대체 경로들의 상태를 파악하기 위한 방안과 파악한 정보를 바탕으로 적절한 재전송 경로를 선택하도록 하는 방안이 제안되어야 할 것이다.

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이 논문을 인용한 문헌

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