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네트워크 / 웹서비스

인터넷이 느려지는 숨은 이유 ‘버퍼블로트’와 해결 방법

Phil Hippensteel | Network World 2016.08.25

2010년 현재 구글에서 근무하고 있는 베테랑 컴퓨터 프로그래머 짐 게티스는 집에서 자신의 업무용 서버로 파일을 업로드하고 있었다. 그의 아이들이 그를 찾아와 "아빠, 오늘은 인터넷이 느려요"라고 말했다. 그는 자신의 업로드 활동이 아이들의 다운로드에 어떻게 영향을 끼칠 수 있는지 궁금해 하다가 조사를 시작했다.

인터넷 연결에서 핑(Ping)과 여러 수준의 부하를 실험하면서 게티스는 지연 속도가 때로는 예상보다 4~10배 더 높다는 사실을 발견했다. 이 현상을 "버퍼블로트(Bufferbloat)"라고 명명한 게티스는 임계 데이터 패킷이 과도하게 큰 버퍼에 갇혔다고 결론 내렸다.

게티스가 관찰해 알리기 시작한 이후로 시스코와 구글 등의 대형 업체, IETF 등의 표준 그룹, 주요 대학과기관의 연구원들은 버퍼블로트를 조사 및 시험하고 이에 관한 논문을 작성했다. 필자 역시 간단한 시험을 실시했다. 버퍼블로트는 실제로 존재한다. 정상적인 인터넷 트래픽의 흐름에 대한 영향의 범위가 아직 완전히 파악되지 않은 것이다.

그렇다면 이 현상에 가장 큰 영향을 받는 사용자는 ?
능동적인 브라우징(Browsing)을 수행하거나 검색 엔진을 사용하는 사람이면 누구나 해당된다. 또한 음성이나 영상 등의 실시간 애플리케이션을 사용하는 사람도 그렇다. 집이나 호텔에서 와이파이 핫스팟을 이용해 일하는 직원들을 예로 들 수 있다. 필자의 조사에서는 호텔과 와이파이 카페가 심각한 버퍼블로트 문제가 발생하기 쉬운 것으로 나타났다.

어떤 종류의 트래픽이 영향을 받는가?
대역폭 활용이 높은 링크에서 반대 방향으로 흐르는 트래픽이 저하된다. VoIP, DNS, APR 등의 소형 패킷을 이용하는 애플리케이션 또한 문제가 될 수 있다. VoIP에 대한 영향으로 지연 속도와 지터가 증가한다. DNS 쿼리는 정상 응답 시간의 2~8배 늦게 되돌아 올 수 있다.

인터넷 운영에 영향을 끼치는 이 문제가 어떻게 그렇게 오랫동안 숨어 있을 수 있었나?
여기에는 3가지 이유가 있다. 우선, 이 문제는 TCP 프로토콜이 운영되는 방식 및 네트워크 버퍼가 관리되는 방식과 밀접하게 관련되어 있다. 둘 다 광범위하게 파악하지 못한 부분이다. 둘째, 인터넷에서 패킷 드롭은 무조건 나쁜 것이라는 생각이 만연해 있다. 사실, 패킷 드롭은 적절한 TCP 운영에 필수적이다. 셋째, 거의 모든 성능 저하를 없앨 수 있는 방법이 대역폭을 추가하는 것이라는 생각이 팽배해 있다.

그렇다면 버퍼블로트란 정확하게 무엇인가?
인터넷에서 패킷 손실을 줄이기 위한 시도로 통신업체, 개발자, 엔지니어들은 네트워크 버퍼를 몇 배나 증가시켰다. 이로 인해 지연 시간이 증가했지만 처리량에는 거의 영향이 없었다. 그래서 VoIP, DNS, TCP 'ack'에서 사용되는 것과 같은 중요 소형 패킷이 파일 전송이나 가변 비트율 동영상 등의 대용량 전송으로 발생하는 더 큰 패킷에 밀려 버퍼 안에 갇힐 수 있다.

버퍼 관리와 관련된 인식의 문제가 있다. 실험과 백서 그리고 강사들조차 버퍼를 작은 메모리 덩어리로 설명하곤 한다. 버퍼는 어떤 순간이든 수 백, 수 천 개의 패킷을 담을 수 있다. 그리고 단지 네트워크 장비 안에만 있지 않다. 종단국(End Station)의 프로토콜 스택, 네트워크 카드 드라이버, 종단국 사이의 경로에 있는 모든 게이트웨이(Gateway)에도 존재한다.

TCP에 미치는 버퍼블로트의 영향은?
네트워크 트래픽의 대부분은 TCP를 전송 프로토콜로 사용한다. TCP가 동작하는 방식은 버퍼블로트가 문제가 될 수 있는 이유를 보여준다. TCP 연결이 수립되면 3웨이 핸드셰이크(Handshake)를 통해 TCP 개체(Entity)의 송수신은 초기 시퀀스 번호를 포함하여 데이터 교환을 위한 파라미터를 협상한다.

FTP 서버에 대용량 파일을 전송하도록 요청했다고 가정해 보자. 일반적으로 TCP는 4개 세그먼트를 보내고 전달 확인을 기다리는 것으로 전송을 시작한다. 일반적인 확인 정책은 세그먼트를 수신할 때마다 'ack'를 전송하는 것이다.

4개 세그먼트가 'ack'되면 수신자는 8개 세그먼트를 전송하여 전송률을 높이고 확인을 기다린다. 이런 세그먼트 확인 후 전송률이 16 등으로 증가한다.

이 전달 속도를 슬로우 스타트(Slow Start)라고 부른다. 그 핵심은 링크를 패킷으로 포화시키는 것이다. 하지만 슬로우 스타트 한계값의 수준에서 전송자는 속도를 두 배씩 증가시키기보다는 매 회마다 한 번에 1개 세그먼트씩 추가하여 속도를 더 천천히 증가시킨다.

그럼에도 불구하고 버퍼가 넘치면서 연결이 과부하되는 임계점이 존재한다. 그러면 하나 이상의 패킷이 드롭된다. 전송자가 이 현상을 감지하면 일반적으로 전송률을 반으로 줄이고 슬로우 스타트를 다시 시작한다. 결국 TCP 속도는 사용하는 회선의 용량에 적응하게 된다. 이런 일련의 단계를 TCP 정체 제어(TCP Congestion Control) 알고리즘이라 부른다.

 Tags 인터넷 패킷 지연 TCP 버퍼블로트 정체 핸드셰이크

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