TCP 혼잡 제어 알고리즘 변형 분석

문서 내 토픽

1. TCP 혼잡 제어 알고리즘

인터넷 성능은 TCP의 혼잡 제어 알고리즘에 따라 크게 좌우된다. TCP Tahoe의 high-amplitude periodic phases 문제를 해결하기 위해 TCP DUAL은 queuing delay를 도입하여 RTT 값의 변화를 통해 혼잡 상태를 예측한다. TCP NewReno는 연속 패킷 손실 시 cwnd의 지수적 감소 문제를 개선하여 recovery 상태에서 모든 데이터 패킷이 수신될 때까지 머물도록 제한한다. TCP SACK은 수신기가 성공적으로 전송된 데이터 패킷 블록을 보고하는 기능을 제공하여 손실된 패킷을 신속하게 재전송할 수 있게 한다.
2. 무선 네트워크 TCP 변형

무선 네트워크에서는 혼잡과 무관한 패킷 손실이 발생하므로 TCP Westwood는 최근 관측된 데이터 전송 속도를 고려하여 혼잡 시 수신기의 수신률과 송신기의 전달 속도를 일치시킨다. TCP Westwood+는 대역폭 추정을 RTT에 의해 계산하도록 개선했다. TCPW CRB는 rate와 대역폭 두 가지를 추정하여 과대/과소 평가를 방지한다. TCPW BBE는 버퍼 추정 알고리즘을 도입하여 공평성 문제를 해결한다.
3. 고속/장기 지연 네트워크 TCP

고속 또는 대규모 지연 네트워크에서 기존 TCP의 cwnd 1씩 증가 방식은 네트워크 자원을 효과적으로 활용하지 못한다. HS-TCP는 혼잡 회피의 증가 계수 α와 감소 요인 β를 cwnd 크기의 함수로 대체하여 개선한다. STCP는 MIMD 형식을 도입하여 각 RTT에서 cwnd에 α만큼 곱하여 증가시킨다. Logwestwood+는 cwnd 값이 작을 때는 빠르게, 최대값에 근접할 때는 서서히 증가하여 자원을 효과적으로 활용한다.
4. TCP 성능 평가 지표

TCP 성능은 혼잡 윈도우(cwnd) 크기, 왕복 시간(RTT), 패킷 손실률, 네트워크 자원 공평성 등으로 평가된다. RTTmin은 경로의 비혼잡 상태를 나타내고, RTTmax는 최대 혼잡 수준을 측정한다. 대역폭 추정(BE)과 rate 추정(RE)은 무선 네트워크에서 혼잡 여부를 판단하는 중요한 지표이다. 손실 확률이 10-7 이하인 고속 네트워크에서도 효율적으로 동작해야 한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. TCP 혼잡 제어 알고리즘

TCP 혼잡 제어 알고리즘은 네트워크 성능의 핵심 요소입니다. 전통적인 Reno, Tahoe 알고리즘부터 현대의 CUBIC, BBR에 이르기까지 각 알고리즘은 특정 네트워크 환경에 최적화되어 있습니다. 혼잡 제어는 패킷 손실 감지 방식, 윈도우 증감 정책, RTT 추정 방법 등에서 차이를 보입니다. 특히 BBR 같은 지연 기반 알고리즘은 대역폭 활용도를 높이면서도 지연을 최소화하려는 노력을 보여줍니다. 다만 다양한 네트워크 환경에서 공존할 때 공정성 문제가 발생할 수 있으므로, 상황에 맞는 적절한 알고리즘 선택이 중요합니다.
2. 무선 네트워크 TCP 변형

무선 네트워크에서 TCP의 성능 저하는 유선 네트워크와 다른 특성 때문입니다. 무선 채널의 높은 오류율, 대역폭 변동성, 신호 감쇠 등으로 인해 기존 TCP는 혼잡으로 인한 손실과 무선 오류를 구분하지 못합니다. WTCP, TCP-Westwood, SACK 등의 변형은 이러한 문제를 해결하려 시도합니다. 특히 분할 연결 방식이나 크로스레이어 설계는 물리 계층 정보를 활용하여 성능을 개선합니다. 5G와 같은 고속 무선 기술의 등장으로 새로운 TCP 변형의 필요성이 계속 대두되고 있습니다.
3. 고속/장기 지연 네트워크 TCP

고속 장거리 네트워크(예: 위성 통신, 대륙간 링크)에서 TCP의 처리량은 대역폭-지연 곱(BDP)에 의해 제한됩니다. 전통적 TCP는 작은 윈도우 크기로 인해 대역폭을 충분히 활용하지 못합니다. TCP 윈도우 스케일링, SACK, 선택적 재전송 등의 기법이 도움이 되지만, 근본적으로는 더 큰 초기 윈도우와 적극적인 혼잡 제어가 필요합니다. 최근 QUIC 프로토콜이나 멀티패스 TCP 같은 새로운 접근법들이 이 문제를 해결하려 노력하고 있으며, 이는 향후 인터넷 인프라 개선에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
4. TCP 성능 평가 지표

TCP 성능 평가는 단순한 처리량 측정을 넘어 다양한 지표를 종합적으로 고려해야 합니다. 처리량, 지연, 손실률, 공정성, 수렴 속도 등이 주요 지표이며, 각각은 서로 다른 네트워크 시나리오에서 중요도가 달라집니다. 최근에는 사용자 경험 중심의 지표(예: 페이지 로드 시간)도 중요해지고 있습니다. 평가 환경도 실제 네트워크 조건을 반영하는 시뮬레이션, 에뮬레이션, 실제 측정 등 다양한 방법이 필요합니다. 표준화된 평가 방법론의 부재로 인해 알고리즘 비교가 어려운 점이 있으므로, 일관된 평가 프레임워크 개발이 필요합니다.

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