네트워크 QoS 서비스는 패킷의 Drop, Polishing, Shaping 및 마킹을 통해, 네트워크 전송속도를 제어하는 기술입니다. 이 문서에서는 QoS 기술의 개념 및 구현 방법에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
QoS의 개념
한정된 네트워크의 자원을 효율적으로 사용하기 위해 트래픽의 속도 및 대역을 임의로 제어하는 것을 의미합니다. 흔히 통신사별 요금제 중 ‘매월 11GB 소진 시 400kbps 속도제한’ 등의 요금제 서비스가 QoS 기술을 이용한 서비스의 예입니다.
네트워크 QoS 기술
QoS를 구현하기 위해 크게 트래픽 관리, 정책관리 및 네트워크 자원 모니터링 등의 세부 기술을 활용합니다.
| 필요기술 | 설명 |
| 트래픽 관리 | 트래픽 속도를 제어하기위해 일정속도 이상의 패킷을 폐기하는 Drop 및 Polishing 기술. 그리고 패킷 버퍼링후 재전송하는 Shaping 기술이 있습니다. |
| 정책관리 | 네트워크의 트래픽을 미터링이나 마킹 기법을 통해 분류하고 우선순위를 부여하는 기술입니다. |
| 모니터링 | 프로토콜 및 네트워크 자원의 모니터링 그리고 종단간 QoS 만족여부를 지속적으로 체크합니다. |
QoS를 적용할 트래픽이 분류가 완료되면, 패킷 폴리싱, 쉐이핑, 마킹 같은 기술을 이용하여 트래픽의 대역폭을(Bandwidth, 속도) 제어하게 됩니다.
Polishing (폴리싱)
패킷 Drop(폐기)을 통해 트래픽 속도를 제어하는 방법입니다. (아래그림 참고)
위의 그림과 같이 빨간색 점선의 제어하려는 속도라고 하겠습니다. 이 대역을 초과하는 트래픽의 패킷을 버림(Drop) 함으로써 속도를 제어합니다.
버려진 패킷은 최종 목적지에 도착하지 않았기 때문에 IP 패킷제어 기술을 통해 종단 간 재전송 처리가 수행됩니다.
Shaping (쉐이핑)
트래픽 성형이라고도 불리는 것으로 버퍼를 이용하여 빠른 속도의 트래픽을 일시적으로 저장하여 대역폭을 낮춤으로써 속도를 낮추는 기술입니다.
Drop과는 다르게 패킷을 버리는 것이 아니라 트래픽속도가 떨어지는 구간에 버퍼링하고 있던 패킷을 다시 태우는 방식으로 트래픽을 일정하게 유지합니다.
위의 그림과 같이 빨간색 점선이 목표로 하는 트래픽 수준입니다. 이를 초과하는 트래픽은 버퍼링을 통해 일시 저장하고, 이후 QoS 속도에 맞춰 녹색 구간에서 채워 넣게 됩니다.
Marking (마킹)
패킷에 우선순위를 표시하는 것으로 QoS를 제어합니다. 가령 실시간 처리가 필요한 VoIP의 경우 일부 데이터가 손실되더라도 빠른 전송이 필요한 처리가 필요합니다.
이는 뒤에 설명할 Differentiated Service 모델에서 사용하는 기술로 각 패킷에 Policy Map을 통한 마킹을 하고 이에 따라 패킷별 우선순위를 부여하는 방식입니다.
QoS 기술비교
QoS를 보장하기 위한 기술에는 크게 2가지로 구분할 수 있습니다. 첫번째는 RSVP 프로토콜을 사용하는 Integrated Service 모델, 두번째는 패킷을 클래스별로 분류하는 Differentiated Service 모델입니다.
1. Integrated Service 모델 (RSVP 프로토콜)
RSVP는 자원 예약 프로토콜 의미합니다. 아래 그림과 같이 송신 측의 호스트가 패킷 전송 시작 전 라우터 자원의 선 예약을 통해 데이터 전송 전 경로를 설정 후 전송하는 방식입니다
이러한 방식을 Integrated Service 모델이라 부르며 다음과 같은 순서로 동작합니다.
- 송신자는 전송 전 경로상 모든 Router 들에게 PATH 메시지를 전송합니다. 각 라우터는 다음 라우팅 테이블로 이 메시지를 전달(Hop)합니다.
- PATH 메시지를 받은 수신자는 RESV 메시지를 응답합니다.
- 경로상의 모든 라우터가 요구사항 수용 후, QoS를 위한 경로가 설정되면 전송을 시작합니다. 만약 경로 설정 실패 시 오류 메시지를 수신자에게 전송합니다.
위와 같은 절차를 통해 종단 간 QoS 정보를 전달하고 사전에 필요한 대역폭을 확보할 수 있습니다.
장단점
이 방식의 장점은 사전에 절대적인 서비스 품질을 예측할 수 있다는 점입니다. 하지만 각 데이터 플로우를 따라 자원예약을 수행하기 때문에 복잡도가 증대되며, 따라서 전송망이 커질 경우 확장성의 제약이 따르게 됩니다.
2. Differentiated Service 모델
PHB(Per Hop Behavior) 설정을 통해 패킷에 특정 Tag를 부착하는 방식입니다. 각 패킷은 Tag에 유형에 따라 이후 경유하는 모든 라우터에서 동일한 Quality의 전달 서비스를 적용받게 됩니다.
아래 그림의 보라색 영역은 QoS를 보장하는 부분을 의미합니다. 즉, 왼쪽의 IR(Ingress Router) 라우터에 진입한 패킷은 PHB 스케줄링을 통해 ER(Egress Router) 라우터를 빠져나가기까지 QoS가 적용되는 구간에 해당합니다.
각 패킷에 붙게 되는 Tag는 아래 표시된 그림과 같이 DS Byte의 DS code point라는 영역입니다. (6 bit. 64가지 경우의 수)
입구 라우터(IR)에서 6 bit의 DS code를 부착한 패킷은 QoS 보장영역에서 동일한 PHB를 적용받게되며, 총 64가지 유형의 QoS 차등화 서비스를 처리할 수 있습니다.
이는 RSVP 방식과 비교하여 종단간 동일한 품질의 QoS를 보장받을 수 없다는 단점은 있지만 구현이 쉽고, 네트워크가 커지더라도 확장성이 좋다는 부분은 IntServ 방식에 비해 장점입니다.
QoS 모델비교
앞서 설명드린 2가지 QoS 서비스 모델의 특징을 비교하면 다음과 같습니다.
| 항목 | IntServ 방식 | DiffServ 방식 |
| 특징 | 절대적인 서비스 품질의 보장 | 그룹별, 클래스별 상대적 서비스 품질의 보장 |
| 장점 | – 엄격한 QoS 가능 – 실시간 Application 지원가능 | – 초기 구축비용이 낮음 – 구성이 간단하며 확장성이 좋음 |
| 단점 | 복잡도 증가. 확장성 제약 | 노드 분석에 시간이 소요 |
맺음말
이상으로 네트워크 QoS 속도제한의 개념 및 기술을 비교해보았습니다. 한정된 네트워크 자원에 대해 트래픽의 우선순위에 따라 효과적으로 대역폭 정책을 관리하는 QoS 서비스는 통신사업자로서도 다양한 가격정책 등을 통한 서비스 차별화로 그 활용도가 더 높아질 것으로 기대됩니다.