글로벌 모바일 네트워크 환경 이해 Understanding global mobile network situation

FE성능 교육
손정현 / IT엔지니어링실
글로벌 모바일 네트워크 환경이해

목차
1. TCP 특성 이해
2. 글로벌 구간 데이터 전송 속도 개선 방법
3. 해외 모바일 환경 특성 이해

4
1.TCP특성이해
글로벌 환경에서의 서비스 사용자의
첫번째 불만사항은 “느리다”
두번째 불만사항은 “느려서 끊긴다＂
해외에서 파일 다운로드
받는데 느려요
한국에서 유튜브/vimeo HD/4K
동영상 보려면 버퍼링이 심해요
폴라 웹페이지 뜨는데 너무 오래
걸리고, 타임아웃 나서 아무 화면
도 안나와요
해외에서 VPN으로 NCS메일 보려
면 너무 오래 걸려요
패치 한번 받으려면 너무 오래 걸
려요

5
1.TCP특성이해
1줄요약 : Round-Trip Time(RTT)가 늘어나면, 대역폭Bandwidth 에 상관없이 초
당 전송량Throughput이 줄어드는 TCP 특성 때문
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6
1.TCP특성이해
대부분의 인터넷 서비스들은 http를 사용하고 있고, http는 TCP위에서 동작하므
로, TCP성능이 인터넷서비스의 성능을 좌우
REST API
HLS (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

7
1.TCP특성이해
TCP 주요 성능 요소 : 주로 대역폭과 RTT에 의해 결정
성능이란?
초당전송량, Throughput
Megabits per second, Megabytes per second
Mbps, MB/s
Bandwidth : 대역폭
Roundtrip Time(RTT)
( =ping=2*end-to-end delay)
Packet loss
Packet corruptionReceive 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 쭉
밀어내면 되는데?

8
1.TCP특성이해
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
Timeout
retransmission
A B
DATA1
ACK1
DATA2
ACK1
확인후 폐기
DATA2
ACK2
DUP ACK
retransmission
오류
receive window size=1
<Send-and-wait>
소멸

9
1.TCP특성이해
Receive window 사이즈가 1인 경우 – 패킷을 1개씩 주고 받고 확인하는 send-and-wait
protocol 로 수렴하게 됨
실제로는 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 utilization
100%! 문제해결!
이 상당히 낮음
* receive window size : Ack를 받지 않고도 보낼 수 있는 패킷 개수, A와 B가 session을 맺을 때 주고받는 수치

10
1.TCP특성이해
Receive Window Size 증가에도 한계가 있기 때문에, 초장거리/초장시간RTT에서는 여전히
최대 성능을 낼 수 없음
A B
DATA1
ACK1
ACK5
ACK12
RTT
BA
RTT
높이는데 한계 있음
100%
초장거리

11
1.TCP특성이해
대역폭을 아무리 증가시켜도, 초장거리/초장시간RTT에서는 여전히 최대 성능을 낼 수 없음
A
RTT
A
RTT는 불변대역폭 증가시
Receive window를
채울 만큼 데이터를
보내는 시간은 감소
Utilization은 감소

12
1.TCP특성이해
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 ms
한국 내 : ~30ms
한국-일본 : 50ms 정도
한국-싱가폴 : 100ms~200ms
한국-미국/유럽 : 150~300ms
Bandwidth ADSL : 8Mbps
VDSL : 20Mbps
광랜(FTTH) : 100Mbps
사무실 (Fast Ethernet) : 100Mbps
기가인터넷, x86서버 : 1Gbps
고성능 서버 :10Gbps
Core 스위치 : 40Gbps*X ~
3G UMTS : 수Mbps
LTE : 수십~백수십Mbps
WIFI(일반) : 30~40Mbps
WIFI(고급) : 80~400Mbps
참고 : Good Ping, Bad Ping
(Online FPS Game) *
50 or below: Great
51-110: Reasonable/Average
110-160: Ok
161-200: Questionable
201-250: Bad
251-300: Very Bad
301+: Completely unplayable • http://forums.steampowered.com/forums/showthread.php?t=1367091
실제 숫자들(근사치)

13
1.TCP특성이해
• 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 전송량Throughput
이 줄어드는 TCP 특성 때문

14
• 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.TCP특성이해

15
2. 글로벌 구간 데이터 전송 속도 개
선 방법

16
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

17
• 데이터를 목적지 가까운 곳에 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 서버와의 통신은?
• 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 직접 통신을 어떻게?

18
• 데이터를 목적지 가까운 곳에 가져다 놓는다
• 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

19
• 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)
• 자체 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다.

20
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) 해저 광통신 케이블

21
• 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.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Wavelength-division_multiplexing

22
• 해저 광케이블 구조
1. 폴리에틸렌
2. Mylar 테이프
3. 강선
4. 알루미늄 방수재
5. 폴리카보네이트
6. 구리 혹은 알루미늄 튜브
7. 석유계 페트로늄 젤리
8. 광섬유
https://en.wikipedia.org/wiki/Submarine_communications_cable
약 7cm
미터당 10kg

23
2.글로벌구간네트워크연결방법
http://submarinecablemap.com/
http://submarine-cable-map-2015.telegeography.com/

24
http://submarinecablemap.com/#/landing-point/shindu-ri-korea-rep-
http://me2.do/xDi8XkCH
• 한국의 국제 해저 케이블 육양국 3지역 : 태안, 거제, 부산

25
http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=3481556
http://mentalfloss.com/article/60150/10-facts-about-internets-undersea-cables
https://www.youtube.com/watch?v=XQVzU_YQ3IQ
• 해저케이블 설치 방법

26http://builtvisible.com/messages-in-the-deep/
http://mentalfloss.com/article/60150/10-facts-about-internets-undersea-cables
http://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

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• 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?
• 자체 서버를 해외 IDC에 가져다 놓는다.

28
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

29
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 아
닌 데이터가 흐르게 됨
트랜짓
A B

30
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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• (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

32
3. 해외 모바일 환경 특성 이해

33
3.해외모바일환경특성이해
• 해외 모바일 환경 특성
• 선불제 SIM을 주로 사용
• 잦은 번호 변경
• 낮은 LTE 보급률
• 완벽하지 못한 수신률
• 다양한 OS

34
• 해외 통신사

35
http://wearesocial.sg/blog/2015/01/digital-social-mobile-2015/
• 선불 SIM

36
• 수시로 바뀌는 전화번호
• 선불SIM 재개통시 번호 변경
• 번호를 공개하지 않는 경우
• 번호를 계속 바꾸는 경우
• 통신사 변경 등

37
http://opensignal.com/reports/2015/02/state-of-lte-q1-2015
• 낮은 LTE 보급률
• LTE 의 성능은 WIFI와 대등하게 좋은데, 3G는 그렇지 못함

38
• 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

39
http://gs.statcounter.com/#mobile_os-ww-monthly-201506-201508-bar
http://line.me/ko/download
• iOS/안드로이드 이외에도 많은 모바일 OS
• LINE은 블랙베리, 윈도우폰, Nokia Asha, FirefoxOS 까지 지원중

40
• 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

41http://whatismyip.com
http://geoiptool.com
http://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

42
• 자체 RTT가 길다
• 대부분 100ms~200ms 사이

43
이름 설명 통신 전송량 통신모듈 상대적 전력소
모량
CELL_DCH
(Dedicated Channel)
일반적 데이터 전송, 기지
국에서 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

44
• 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

45
• 각 국가별, 통신사별 Radio Resource Control 방법이 다르므로 직접 현지테스
트로 알아내어야 함

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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/

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