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인터넷 트래픽 관리의 혁신: Google의 TCP 개선과 BBR 알고리즘

카테고리

프로그래밍/소프트웨어 개발

서브카테고리

DevOps

대상자

소프트웨어 엔지니어, 네트워크 프로토콜 개발자, DevOps 전문가

난이도: 중상 (네트워크 프로토콜, 혼잡 제어 알고리즘 이해 필요)

핵심 요약

  • 전통적인 TCP의 문제점: 패킷 손실 = 혼잡이라는 고정관념으로 인해 버퍼플로트(bufferbloat)지연(latency) 증가 발생
  • BBR 알고리즘의 혁신: Bottleneck Bandwidth (BtlBw)Round-trip Propagation Time (RTprop) 기반의 모델 기반 혼잡 제어최적 전송률 계산
  • BBRv2의 개선점: ECN(Echo Congestion Notification) 지원, 공정성 개선, CPU 사용률 최적화

섹션별 세부 요약

1. 문제점: 전통적인 TCP의 한계

  • 패킷 손실 기반 혼잡 제어: 패킷 손실 → 혼잡이라는 가정으로 인해 불필요한 속도 조절 발생
  • 버퍼플로트 현상: 라우터의 대용량 버퍼로 인해 데이터 대기열 증가지연 증가
  • 모바일 네트워크의 문제: 다수의 패킷 손실 원인(예: 신호 불안정)에도 혼잡으로 오해

2. BBR 알고리즘의 원리

  • BtlBw 계산: 네트워크의 실제 최대 대역폭 측정
  • RTprop 계산: 단순한 RTT(라운드트립 시간) 측정
  • 최적 전송량 계산:

```javascript

function calculateOptimalDataInFlight(bottleneckBandwidth, roundTripTime) {

const optimalData = bottleneckBandwidth * roundTripTime;

return optimalData;

}

```

  • Pacing 기법: 고르게 데이터 전송으로 버퍼플로트 방지

3. BBRv1의 한계

  • 재전송 증가: Shallow buffer 네트워크에서 패킷 재전송률 증가
  • 공정성 문제: CUBIC 알고리즘과의 경쟁에서 대역폭 불공정 분배
  • CPU 사용량 증가: 지속적인 측정 및 탐색으로 서버 CPU 부하 증가

4. BBRv2의 개선

  • ECN 지원: 네트워크 혼잡 신호즉시 반응
  • 공정성 향상: 기존 TCP 흐름과의 공정한 대역폭 분배
  • 안정성 강화: Wi-Fi 등 불안정 네트워크에서의 성능 향상

결론

  • BBR의 핵심 원칙: 고정관념 도전실시간 측정 기반 혼잡 제어
  • 실무 적용 팁:

- BBRv2 도입으로 지연 감소 53%, 대역폭 증가 25x 달성

- QUIC 프로토콜과의 연계로 실시간 스트리밍 성능 개선

- 모바일/위성 통신 환경에서의 확장성 고려 필수