FE성능교육

손정현 / IT엔지니어링실

글로벌모바일네트워크환경이해

목차

1. TCP 특성이해

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

3. 해외모바일환경특성이해

1. TCP 특성이해

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1. TCP 특성이해

글로벌 환경에서의 서비스 사용자의첫번째 불만사항은 “느리다”두번째 불만사항은 “느려서 끊긴다＂

해외에서 파일 다운로드받는데 느려요

한국에서 유튜브/vimeo HD/4K 동영상 보려면 버퍼링이 심해요

폴라 웹페이지 뜨는데 너무 오래걸리고, 타임아웃 나서 아무 화면

도 안나와요해외에서 VPN으로 NCS메일 보려

면 너무 오래 걸려요

패치 한번 받으려면 너무 오래 걸려요

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1. TCP 특성이해

1줄요약 : Round-Trip Time(RTT)가 늘어나면, 대역폭Bandwidth 에 상관없이 초당 전송량Throughput이 줄어드는 TCP 특성 때문

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1. TCP 특성이해

대부분의 인터넷 서비스들은 http를 사용하고 있고, http는 TCP위에서 동작하므로, TCP성능이 인터넷서비스의 성능을 좌우

REST APIHLS (http live

streaming)

웹서비스 모바일앱 서비스 동영상 서비스

HTTP

TCP

IP

LINK/PHY(LAN/WIFI)

A-to-B 직접 연결 구간 데이터 전송

인터넷 구간 패킷 라우팅 전송

End-to-end 전송 무결성

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1. TCP 특성이해

TCP 주요 성능 요소 : 주로 대역폭과 RTT에 의해 결정

성능이란?초당전송량, ThroughputMegabits per second, Megabytes per secondMbps, MB/s

Bandwidth : 대역폭

Roundtrip Time(RTT) ( =ping=2*end-to-end delay)

Packet loss

Packet corruption Receive window size

Congestion Control Window size

Congestion Control Algorithms : Vegas, Westwood, BIC, CUBIC 등

추가기능 : Selective ACK, Negative ACK 등

대역폭:단위tick당 정보전송량

딜레이 :인터넷을 통해 A에서 B까지 데이터가 전달되는데 걸리는 시간

A B

RTT=ping=2* end-to-end 딜레이

기타

대역폭:단위tick당 정보전송량(frame size)

A B참고: Link Layer 성능 요소 : 대역폭 X Link Tick count

X Link tick count

왜 RTT?

여긴 쭉밀어내면 되는데?

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1. TCP 특성이해

End-to-End 전송 무결성을 보장하는 TCP특성이, 성능에 영향을 미침

TCP 특성• End-to-End 전송 무결성 보장

• 데이터가 모두 도착 (timeout 재전송)• 데이터가 순서대로 도착• 데이터가 변조되지 않고 도착 (checksum 재전송)

• Packet numbering, ACK packet 사용

A B

DATA1

ACK1

DATA2

ACK2

전송 딜레이

RTT

시간의 흐름

A B

DATA1

ACK1

DATA1

ACK1

Timeoutretransmission

A B

DATA1

ACK1

DATA2

ACK1확인후 폐기

DATA2

ACK2

DUP ACKretransmission

오류

receive window size=1<Send-and-wait>

소멸

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1. TCP 특성이해

End-to-End 전송 무결성을 보장하는 TCP특성이, 성능에 영향을 미침

Receive window 사이즈가 1인 경우 – 패킷을 1개씩 주고 받고 확인하는 send-and-wait protocol 로 수렴하게 됨실제로는 일정량 이상의 Receive window 사이즈로, TCP 성능을 향상시킴

A B

DATA1

ACK1

DATA2

ACK2

receive window size=1<Send-and-wait>

RTT

시간의 흐름

A B

DATA1

ACK1

receive window size=10이상

ACK5

ACK12

RTT

네트워크 utilization100%! 문제해결!

네트워크 utilization이 상당히 낮음

* receive window size : Ack를 받지 않고도 보낼 수 있는 패킷 개수, A와 B가 session을 맺을 때 주고받는 수치

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1. TCP 특성이해

End-to-End 전송 무결성을 보장하는 TCP특성이, 성능에 영향을 미침

Receive Window Size 증가에도 한계가 있기 때문에, 초장거리/초장시간RTT에서는 여전히최대 성능을 낼 수 없음

A B

DATA1

ACK1

ACK5

ACK12

RTT

BA

RTT

네트워크 utilization높이는데 한계 있음

네트워크 utilization100%

초장거리

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1. TCP 특성이해

End-to-End 전송 무결성을 보장하는 TCP특성이, 성능에 영향을 미침

대역폭을 아무리 증가시켜도, 초장거리/초장시간RTT에서는 여전히 최대 성능을 낼 수 없음

A

RTT

A

RTT는 불변대역폭 증가시

Receive window를채울 만큼 데이터를보내는 시간은 감소

Utilization은 감소

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1. TCP 특성이해

A B

DATA1

ACK1

ACK5

ACK12

RTT

Data Packet Size 1500 (Ethernet v2 frame payload size) – 수십 bytes

Receive Window Size

기본 64KB, Windows 는 16MB까지, linux 조절가능(Client-Server 양쪽에서 지원하는 수치중 작은 수치)

RTT(ping) 수도권 : 수 ms한국 내 : ~30ms한국-일본 : 50ms 정도한국-싱가폴 : 100ms~200ms한국-미국/유럽 : 150~300ms

Bandwidth ADSL : 8MbpsVDSL : 20Mbps광랜(FTTH) : 100Mbps사무실 (Fast Ethernet) : 100Mbps기가인터넷, x86서버 : 1Gbps고성능 서버 :10GbpsCore 스위치 : 40Gbps*X ~

3G UMTS : 수MbpsLTE : 수십~백수십MbpsWIFI(일반) : 30~40MbpsWIFI(고급) : 80~400Mbps

참고 : Good Ping, Bad Ping (Online FPS Game) *

50 or below: Great51-110: Reasonable/Average110-160: Ok161-200: Questionable201-250: Bad251-300: Very Bad301+: Completely unplayable • http://forums.steampowered.com/forums/showthread.php?t=1367091

실제 숫자들(근사치)

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1. TCP 특성이해

• http://www.digitalsociety.org/2010/08/conflating-broadband-speed-with-internet-speed-is-misleading/• http://downloads.asperasoft.com/en/technology/shortcomings_of_TCP_2/the_shortcomings_of_TCP_file_transfer_2

RTT 에 따른 TCP 성능의 한계를 나타내는 그래프들

1줄요약 : Round-Trip Time(RTT)가 늘어나면, 대역폭Bandwidth 에 상관없이 초당 전송량Throughput이 줄어드는 TCP 특성 때문

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• 1:1 대용량 파일 전송의 경우, WAN가속 솔루션을 사용• 다수 TCP 커넥션을 맺어 파일을 분할/전송/재조합• 내부적으로 UDP 사용하기도• 자체 압축, 중복 제거, 캐싱 등

http://www.netmanias.com/ko/post/blog/5607/wan-optimization/wan-optimization-solution

1. TCP 특성이해

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

http://www.globaldots.com/googles-web-performance-best-practices-caching/https://developers.google.com/speed/pagespeed/?csw=1

• Google 의 웹 속도 개선 best practice • 캐싱

• 브라우저 캐싱, CDN 캐싱, proxy 캐싱 등• RTT 줄이기

• 로딩 오버헤드 줄이기 : 쿠키 줄이기, 헤더 사이즈 줄이기 등• 데이터 사이즈 줄이기• 브라우저 렌더링 최적화하기• 모바일 최적화하기

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• 데이터를목적지 가까운곳에 가져다놓는다

• 캐시 서버를 쓴다• 글로벌 CDN 서비스(Akamai, CDNetworks 등) 를 구입한다• 자체 캐시 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다

• 서비스를 수정하여, Proxy 서버나 분산 저장소를 사용한다• 글로벌 클라우드 서비스(Amazon Web Service등) 를 구입한다• 자체 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다. 이 서버와의통신은?

• RTT를 줄인다

• 네트워크 장비 안에서 소요되는 시간을 줄인다

• 네트워크 경로를 조절한다• 거치는 장비의 숫자, hop수를 줄인다• 짧은 물리적 거리를 통하도록 경로를 조절한다 해외 구간은?• 상위 네트워크를 통하지 않고 직접 연결한다 직접통신을어떻게?

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• 데이터를 목적지 가까운 곳에 가져다 놓는다• 캐시 서버를 쓴다

• 글로벌 CDN 서비스(Akamai, CDNetworks 등) 를 구입한다.

• http://www.wpbeginner.com/beginners-guide/why-you-need-a-cdn-for-your-wordpress-blog-infographic/

• Content Delivery Networks• 원본 서버의 static resource를, 사용자의 지리적 위치및

네트워크 상태에 따라 최적의 cache본을 사용자에게 전달• 가까운 곳의 서버에 접속할 수록 빠른 로딩 결과

• 장점• 속도증가• 서비스 안정성 증가• pv 및 사용자 체류시간 증가• Google 검색순위 영향

• 속도가 빠른 사이트가 위로 정렬

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• 해외 지사, 해외 IDC 에 있는 장비와 본사와 어떻게 통신을 할까?

• 그냥 인터넷• VPN 솔루션 (인터넷 이용 IPSec 터널링)• 전용선

• 고객 전용 데이터만 흘러다니도록 대역폭을 보장• DSU/HSM/CSU(구리선)->SONET/SDH(광케이블)

-> 현재는 MPLS,메트로이더넷등 ( 광케이블)

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• 데이터를 목적지 가까운 곳에 가져다 놓는다• 캐시 서버를 쓴다

• 자체 캐시 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다• 서비스를 수정하여, Proxy 서버나 분산 저장소를 사용한다

• 자체 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다.

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http://www.kapid.org/?cid=090202

광통신 – 광섬유 내부 빛의 전반사 + 레이저의 지향성/단색성

빛

-> 재증폭 없이 장거리 통신 가능 – 광섬유+레이저 특유의 낮은 감쇄성 덕분 구리선 동축 케이블 1.5km vs 광케이블 50km~100km

• 국제구간 전용선? (한국에서는) 해저광통신케이블

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

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• WDM • 한 광섬유에 여러 파장의 빛을 통해, 다채널 통신이 가능

-> 광섬유 재포설 없이 양쪽 WDM 장비 업그레이드를 통해 대역폭 증가 가능

http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/optical/15000r7_0/dwdm/planning/guide/70epg/d7ovw.htmlhttps://en.wikipedia.org/wiki/Wavelength-division_multiplexing

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

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• 해저 광케이블 구조

1. 폴리에틸렌2. Mylar 테이프3. 강선4. 알루미늄 방수재5. 폴리카보네이트6. 구리 혹은 알루미늄 튜브7. 석유계 페트로늄 젤리8. 광섬유

https://en.wikipedia.org/wiki/Submarine_communications_cable

약 7cm

미터당 10kg

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

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2. 글로벌구간네트워크연결방법

http://submarinecablemap.com/http://submarine-cable-map-2015.telegeography.com/

24http://submarinecablemap.com/#/landing-point/shindu-ri-korea-rep-http://me2.do/xDi8XkCH

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• 한국의 국제 해저 케이블 육양국 3지역 : 태안, 거제, 부산

25http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=3481556http://mentalfloss.com/article/60150/10-facts-about-internets-undersea-cableshttps://www.youtube.com/watch?v=XQVzU_YQ3IQ

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• 해저케이블 설치 방법

26http://builtvisible.com/messages-in-the-deep/http://mentalfloss.com/article/60150/10-facts-about-internets-undersea-cableshttp://www.theregister.co.uk/2013/03/27/egypt_cables_cut_arrest/

• 해저케이블 구간 장애 원인

• 자연재해• 지진, 화산활동,태풍 등

• 인간• 닻, 저인망 어선• 테러리즘?

• 해저생물• 상어 등

• 대책• 이중화

• 복수 링크, 링 구성 등

2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• 싱가폴 IDC에 서버를 가져다 놓음• 가져다 놓은 서버와 통신을 하기 위해서 싱가폴 IDC에 전용선을 연결

여기서 좀 더 개선할 수 있는 방법은 없을까?

-> 실제 사용자들이 붙어있는 통신사업자들과 선을 직접 깔아서 통신을 하면 어떨까?

• 데이터를 목적지 가까운 곳에 가져다 놓는다• 캐시 서버를 쓴다

• 자체 캐시 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다• 서비스를 수정하여, Proxy 서버나 분산 저장소를 사용한다

• 자체 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다.

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

A B

SK broadband B 인터넷

KT Olleh 인터넷

100Mbps 100Mbps

1Gbps

<상황 1>

• 옆집 A B간 매일 1TB씩 데이터 전송한다면?(Disk 물리적 이동방법 제외)

• 준비물• GigaBit hub (2~3만원)• CAT 5e 이상 Ethernet 선(LAN선)• 라우팅 조절

• A – B 간 통신만 되도록• 인터넷 사용은 기존과 동일

• ISP 에 추가비용 없음• 서로에게 추가비용 없음

피어링

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

SK broadband B 인터넷

KT 기가인터넷

100Mbps 1Gbps

1Gbps

C서버

<상황 2>

• A: KT쪽 C서버에서 대량 다운로드• B : 기가인터넷으로 변경

• A : “너희집 인터넷 나눠쓰자, 돈줄께”

• 라우팅 조절• 일반인터넷은 동일• KT쪽은 A-B간 선을 통하게

• A가 B에게 비용 지불

• B 집에는 출발지와 목적지가 B 집이 아닌 데이터가 흐르게 됨

트랜짓

A B

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

자사 태국 AIS

• 트랜짓• 상위 네트워크 사업자에게 인터넷 서비스를 받는 것도 트랜짓의 정의이나,

주로 인터넷 서비스 사용으로 봄• 피어링

• 상위 네트워크 사업자를 통한 인터넷 서비스와 별도로, 상호간 트래픽이 많은 네트워크끼리 직접 연결

https://en.wikipedia.org/wiki/Peering

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2. 글로벌구간데이터전송속도개선방법

• (private) 피어링

• Autonomous System간의 트래픽 교환을 위해 연결하는 작업• AS 간의 BGP 라우팅 정보 교환• 네이버/라인도 AS• 전용선을 끌어간 외국 IDC(IX) 에서 연결

• 피어링 비용• A와 B간 1:1 연결 개념• 통신사와 통신사 간에는 트래픽 비율에 따라서 낼 수도 있고(paid peering) 안낼 수도 있다

• 트랜짓 비용• A의 트래픽이 B 네트웍을 통해서 C로 통하게• 서비스 비용 지불

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3. 해외모바일환경특성이해

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3. 해외모바일환경특성이해

• 해외 모바일 환경 특성

• 선불제 SIM을 주로 사용

• 잦은 번호 변경

• 낮은 LTE 보급률

• 완벽하지 못한 수신률

• 다양한 OS

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• 해외 통신사

3. 해외모바일환경특성이해

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http://wearesocial.sg/blog/2015/01/digital-social-mobile-2015/

• 선불 SIM

3. 해외모바일환경특성이해

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• 수시로 바뀌는 전화번호

• 선불SIM 재개통시 번호 변경• 번호를 공개하지 않는 경우• 번호를 계속 바꾸는 경우• 통신사 변경 등

3. 해외모바일환경특성이해

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http://opensignal.com/reports/2015/02/state-of-lte-q1-2015

• 낮은 LTE 보급률• LTE 의 성능은 WIFI와 대등하게 좋은데, 3G는 그렇지 못함

3. 해외모바일환경특성이해

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• 낮은 수신률• 한국, 홍콩, 대만 외의 국가들은 도심지에서 휴대폰 수신률이 (한국사람

기준으로) 만족스럽지 못함

• 휴대폰 음영구역• 3G 가 유지가 안되고 2.5G및 그 이하 속도로 (EDGE, GPRS )

• 시간대에 따른 병목현상 존재

3. 해외모바일환경특성이해

39http://gs.statcounter.com/#mobile_os-ww-monthly-201506-201508-barhttp://line.me/ko/download

• iOS/안드로이드 이외에도 많은 모바일 OS• LINE은 블랙베리, 윈도우폰, Nokia Asha, FirefoxOS 까지 지원중

3. 해외모바일환경특성이해

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• 3G 네트워크 환경 특성들

• 사설 IP 주소 사용

• 자체 RTT가 길다

• 3G Radio Resource Control에 따른 네트워크 상태 변화가 존재• 네트워크 스타트에 시간이 걸림• State transition 시에 packet loss 발생

• Mobile Transparent Proxy 가 동작

3. 해외모바일환경특성이해

41http://whatismyip.comhttp://geoiptool.comhttp://d2.naver.com/helloworld/111111

• 하위 통신 layer 연결상태를 알 수가 없음• 애플리케이션에서 연결상태 확인 필요

• 사설 IP 주소, NAT 사용• Push 시스템등 별도의 수단 없이 서버->단말방향 소켓통신 불가능• NAT session 유지 시간이 정해져 있음

3. 해외모바일환경특성이해

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http://d2.naver.com/helloworld/111111

• 자체 RTT가 길다• 대부분 100ms~200ms 사이

3. 해외모바일환경특성이해

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http://d2.naver.com/helloworld/111111

이름 설명 통신 전송량 통신모듈 상대적 전력소모량

CELL_DCH(Dedicated Channel)

일반적 데이터 전송, 기지국에서 전용채널 할당

일반 많은 전송량 50~100

CELL_FACH(Forward Access Channel)

기지국내 공용채널 할당 적은 전송량 25~50

IDLE 채널 반납 통신 없음 1

3. 해외모바일환경특성이해

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http://d2.naver.com/helloworld/111111

• 최초 통신시 Delay가 발생• 3G Radio Resource Control 의 state transition 에 따른 특성• 3G 네트워크가 쉬고 있는 IDLE상태에서, 통신가능한 CELL_DCH상태가 되

는데 2초 Delay 존재• 극복하기 위해 warm-up 용 big ping 데이터를 미리 보내는 방법 사용 필요

• state transition 순간에, packet loss 자주 발생

3. 해외모바일환경특성이해

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• 각 국가별, 통신사별 Radio Resource Control 방법이 다르므로 직접 현지테스트로 알아내어야 함

3. 해외모바일환경특성이해

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• 모바일 통신사 web proxy 의 존재• 속도 향상을 위해 web content를 임의 변조

• 이미지, 동영상 재압축• dynamic content 까지 aggressive 하게 caching• CSS , JavaScript 압축 및 변조• HTTP 헤더 변조

• 실험으로 동작여부 확인 필요• https 를 쓰거나, inline image를 쓰거나 등의 대처방법 필요

http://calendar.perfplanet.com/2013/mobile-isp-image-recompression/

3. 해외모바일환경특성이해

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