[Network]대역폭

대역폭 Bandwidth

공학에서는 대역폭을 특정 기능을 수행 할 수 있는 주파수 범위의 폭으로 정의한다. 신호 주파수의 높고 낮음과는 관계가 없다. 네트워크에서 대역폭이란 단위시간당 전송할 수 있는 데이터의 최대 용량을 의미한다. 단위시간당 전송 용량이라는 용어에 많은 사람들이 네트워크 속도와 연관지어 설명한다. 네트워크 속도가 대역폭값에 근접할 경우 대역폭을 늘리면 속도가 빨라질 가능성이 있으나 무조건적인 조건은 아니다. 데이터 처리량과 네트워크 성능, 속도에 큰 영향을 미치지만 실제로 대역폭은 용량Capacity과 더 밀접한 관계를 가지고 있다.

대역폭이 네트워크 속도라고?🙅🏻

• 대역폭은 속도가 아니다.
• 대역폭은 1초당 데이터를 전송할 수 있는 양을 말한다.
• 네트워크 속도는 데이터를 전송하는 속도, 즉 데이터가 얼마나 빠르게 가고 있는 지를 말한다.

ex) 양이 이동할 때

대역폭(좁음 vs 넓음)

속도(느림 vs 빠름)

• 대역폭이 크면 네트워크 속도가 빠르다?
  • 놉
  • 단위시간당 처리량은 대역폭과 네트워크 속도을 고려한 값으로 산정된다.

1. 단위 [bps]

• bps bits per second 초당 '비트'수
• 컴퓨팅에서 사용 가능하거나 소비된 정보 용적의 비트레이트이다. 일반적으로 초당 여러 비트로 표현된다. 메가 비트(Mbps) 또는 기가비트 급(Gbps) 등의 비트 레이트(bps) 배수로 측정된다.
• 10Mbps라면 초당 1.25MB(10Mb)

일부 BPS 혹은 Bps 등으로 표기하는 경우 잘못된 표기BPS, Bps는 Bytes per second

변수

• 네트워크 지연(network latency): 예상하지 못한 시간(time)이 데이터 전달에 소요되는 현상.
• 네트워크 혼잡(network congestion): 전달해야 하는 데이터의 양이 네트워크에 몰리는 현상
• 패킷 손실(packet loss): 예상하지 못한 패킷(packet)이 전달하는 동안 손실되는 현상.

"출력이 높고 대역폭이 작다면, 네트워크 출구에서 대기하는 데이터가 많을 것이고, 이는 시스템의 성능(performance)에 안 좋은 영향을 미치게 됩니다. 출력이 낮은데 대역폭은 크다면, 대역폭과 비용의 낭비가 예상됩니다."

3. 네트워크 처리량과 대역폭 관계

• 처리량은 단위시간당 실제로 처리되는 데이터의 양을 나타내고 대역폭 용량을 초과할 수 없다.

물탱크에서 수도까지 펌프를 통해 물이 흐르는 파이프가 있다고 가정했을때 흐르는 물의 양은 처리량, 파이프를 통해 최대로 흐를 수 있는 물의 양이 대역폭파이프를 100% 다 사용하는 경우 파이프 내경이 클수록 더 많은 물이 흐르지만 언제나 100% 다 사용하지 못하는것과 같은 것

💡 출력이 높고 대역폭이 작다 -> 네트워크 출구에서 대기하는 데이터가 많음

 

💡 출력이 낮고, 대역폭이 크다 -> 대역폭 + 비용 낭비가 발생함

 

4. 대역폭에 따른 병목현상 발생 가능성

• 100의 네트워크 출력을 가진 노드가 대역폭이 1인 회선을 이용하는경우 최대 출력으로 데이터 전송 하는 경우
• 다수 노드로부터 한 노드에 집중되는 트래픽이 회선 대역폭을 초과하는 경우 등

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❓ 예상질문

Q1. 대역폭이 낭비되는 경우, 원인에는 어떤게 있을까? <br>

A1. 주파수 분할 다중화기를 사용하는경우 일정한 대역폭 안에서 연결된 노드별로 대역폭을 할당한다. 이 때 신호 간섭을 예방하기위해 대역별 마진을 두는데 이로인한 대역폭 손실이 발생한다. ex) 라디오, TV <br>

최근 IT 기기들은 보통 시분할방식을 기반으로 채널을 나눈다. 이는 대역폭 낭비가 아닌 점유 시간 손실로 해석해야함<br>

A2. 모바일/웹 사용자 인증을 위해 사용되는 JWT 토큰의 길이가 길어질수록 매 통신마다 큰 데이터를 주고 받아야하므로 대역폭의 낭비가 심화될 수 있다.

출처
https://github.com/devSquad-study/2023-CS-Study