QoS, Traffic Shaping, Traffic Policing

 

 

 

 

QoS(Quality of Service)

QoS(Quality of Service)란 서비스 품질(QoS)은 한정된 네트워크 용량으로 트래픽을 제어하고 주요 애플리케이션의 성능을 보장하기 위해 메커니즘이나 기술을 활용하는 것입니다. 데이터 통신 네트워크상에 흐르는 데이터의 중요도를 분류하여, 이를 기반으로 우선순위를 부여합니다. 

QoS 규칙에 따른 어플리케이션 최적화 예시는 다음과 같습니다. 

- 트래픽 우선 순위 지정

서로 다른 애플리케이션은 조직의 네트워크 내에서 서로 다른 수준의 중요도를 갖습니다. 예를 들어, 원격 회의 트래픽은 소셜 미디어 사이트에 대한 웹 연결보다 더 중요하며 네트워크 성능 저하에 더 민감합니다. 트래픽 서명을 기반으로 트래픽의 소스를 식별함으로써 조직의 네트워크 인프라는 필요한 트래픽에 우선 순위를 부여하는 동시에 가능한 경우 덜 중요하거나 더 관대한 애플리케이션 트래픽을 전송할 수 있습니다.

- 경로 선택

다양한 유형의 네트워크 인프라는 서로 다른 수준의 성능을 제공합니다. 예를 들어, MPLS(Multiprotocol Label Switching) 네트워크는 모바일 네트워크보다 더 높은 보장을 제공합니다. 애플리케이션 식별은 고유한 요구 사항에 따라 서로 다른 유형의 트래픽을 다르게 라우팅할 수 있음을 의미합니다.

 

 

Traffic Shaping 

Traffic Shaping (트래픽 셰이핑)은 네트워크에서 데이터 전송률을 제어하는 기술로, 특정 네트워크 트래픽의 속도를 제한하거나 조절하여 대역폭 관리와 네트워크 품질 보장을 목적으로 합니다. 이를 통해 네트워크 혼잡을 방지하고, 안정적이고 예측 가능한 성능을 제공할 수 있습니다.

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Traffic Shaping의 기본 원리

1. 버킷 기반 알고리즘

- 토큰 버킷(Token Bucket)
    - 일정 시간 동안 "토큰"이라는 가상의 단위를 할당받아 트래픽을 전송할 수 있습니다.
    - 토큰이 소진되면 전송이 일시적으로 제한됩니다.
    - 버스트 트래픽(일시적 급증 트래픽) 을 허용하면서 평균 트래픽을 제어할 수 있습니다.

- 리키 버킷(Leaky Bucket)
    - 물통에 물이 한 방울씩 새어나가듯, 데이터를 고정된 속도로 전송합니다.
    - 버스트 트래픽이 발생하더라도 초과된 데이터는 버퍼에 저장되거나 폐기됩니다.

2. 대역폭 제한
특정 애플리케이션이나 사용자 그룹이 사용할 수 있는 최대 대역폭을 설정합니다.

3. QoS(Quality of Service) 최적화
트래픽을 우선순위에 따라 분류하고, 중요한 트래픽(예: VoIP, 스트리밍 등)을 우선적으로 처리합니다.

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Traffic Shaping의 필요성

1. 네트워크 혼잡 방지: 트래픽이 일시에 과도하게 발생하면 네트워크 혼잡이 일어나는데, 이를 방지합니다.
2. 대역폭 효율적 사용: 대역폭을 특정 애플리케이션, 사용자, 시간대 등에 맞게 효율적으로 분배합니다.
3. QoS 보장: 특정 애플리케이션(예: 실시간 영상 통화, 온라인 게임)의 지연 시간을 줄이고 안정적인 연결을 보장합니다.
4. 비용 절감: 기업이나 데이터 센터에서 불필요한 대역폭 사용을 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다.

 

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활용 사례

- 통신 사업자 (ISP): 일반 가정 사용자에게 제공하는 인터넷 요금제에서 속도 제한을 설정합니다. 또한 초과 사용 트래픽에 대해 일정 대역폭을 제한합니다.
- 기업 네트워크: 중요한 애플리케이션(예: 화상 회의, VoIP)에 우선순위를 부여하고, 비중요 트래픽(예: 소셜 미디어)을 제한합니다.
- 클라우드 서비스: 클라우드 인프라 제공자가 특정 고객의 리소스 사용량을 제어해 다른 사용자에게 영향을 주지 않도록 합니다.
- 데이터 센터 및 CDN: 데이터 센터에서는 트래픽 셰이핑을 통해 서버 간 대역폭 균등화 및 성능 최적화를 진행합니다.

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Traffic Shaping 알고리즘 비교

 

토큰 버킷(좌), 리키 버킷(우)

 

 

 

Traffic Policing

Traffic Policing (트래픽 폴리싱)은 네트워크에서 트래픽의 속도나 대역폭이 정책에 어긋날 경우, 초과 트래픽을 폐기(drop)하거나 마크(marking)하는 기술입니다. 주로 트래픽이 네트워크 규칙(Policy)을 위반하지 않도록 감시하고 제어하는 데 사용됩니다.

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Traffic Policing의 기본 원리

1. 속도 제한 (Rate Limiting)
   • 설정된 임계값(대역폭 또는 속도)보다 많은 트래픽이 감지되면, 초과된 패킷은 폐기되거나 다른 방식으로 처리됩니다.
2. 마킹 (Marking)
   • 일부 초과 트래픽은 폐기 대신 마킹(예: 낮은 우선순위로 표시)될 수 있습니다.
   • QoS와 결합되면 중요하지 않은 트래픽은 더 낮은 우선순위로 처리됩니다.
3. 폐기 (Dropping)
   • 네트워크 정책을 위반하는 트래픽은 즉시 폐기됩니다.

 

 

Traffic Policing의 특징

1. 단기적 제어
   • 트래픽의 속도나 대역폭이 설정된 기준을 초과하면 즉시 반응합니다.
   • 초과 트래픽에 대해 버퍼링을 하지 않고 폐기합니다.
2. Burst Traffic 제한
   • 버스트 트래픽을 허용하지 않고 엄격하게 속도를 제한합니다.
3. 비용 효율적
   • 불필요한 네트워크 리소스를 낭비하지 않게 하여 네트워크 안정성을 높입니다.

 

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Traffic Policing과 Traffic Shaping 비교

 

마치며

Traffic Policing은 트래픽이 설정된 네트워크 정책을 위반하지 않도록 감시하고 초과 트래픽을 폐기하거나 마킹하는 기술입니다. 즉각적인 대응이 필요하고 버스트 트래픽을 허용하지 않는 상황에 적합합니다. 반면, Traffic Shaping은 초과 트래픽을 버퍼링하면서 평균 속도를 유지합니다.

두 기술은 QoS와 결합해 네트워크 성능을 최적화하는 데 함께 사용할 수 있습니다.

 

출처:

https://www.checkpoint.com/kr/cyber-hub/network-security/what-is-quality-of-service-qos/

https://blog.skby.net/traffic-policing-shaping/