멀티미디어 개론

네트워크 특성

멀티미디어 응용을 지원할 때 중요시되는, 네트워크의 성능 기준으로는 처리율, 전송지연, 지연분산, 에러율 등이 있다. 이외에 멀티캐스팅/브로드캐스팅 기능, 문서 캐슁(document caching) 기능도 어떤 응용에서는 중요하게 다뤄진다.

처리율(throughput )

처리율(throughput)은 비트율(bit rate)라고도 부르는데, 두 종단시스템이 서로 통신할 때 단위 시간당 네트워크가 받아들이고 전송할 수 있는 비트수로 정의한다. 전송율(transfer rate)이라 대역폭(bandwidth)도 종종 처리율과 같은 의미로 쓰이는 용어이다. 기존의 전화처럼 시간에 따라 비트율이 일정한 CBR(Constant Bit Rate) 스트림을 생성하는 응용이 있기도 하지만, 대부분의 응용은 시간에 따라 비트율이 가변적인 VBR(Variable Bit Rate) 스트림을 생성한다. 더우기 모든 네트워크가 과다한 데이터의 손실 또는 지연없이 CBR 스트림을 전송할 능력이 있는 것은 아니다. 데이터 스트림이 가변적인 비트율을 가지는 특성을 버스티성(burstiness)이라고 하는데, 평균 비트율 / 최대 비트율로 측정한다.

전송지연(transit delay )

다음으로 전송지연의 이해를 돕기위해 아래 그림에서 데이터블록이 전송되는 과정을 살펴보자. 접근지연(access delay) 전송매체가 가용이거나 네트워크가 전송준비가 될 때까지 송신시스템이 기다리는 시간을 말하는데 아래 그림에서 (1) - (2)사이의 시간이다. 네트워크 전송 지연(network transit delay)은 송신 시스템이 보낸 데이터 블록의 첫 번째 비트가 수신 시스템에 도달되기까지의 경과시간으로서 (2) - (4) 또는 (3) - (5)사이의 시간이다. 블록전송지연은 하나의 데이터 블록이 모두 전송될때까지의 시간으로서 (2) - (3) 또는 (4) - (5)사이의 시간을 말한다. (1)에서 (5)까지 경과된 시간을 합하여 종단간 지연(end-to-end delay)이라 부른다. 어떤 응용에서는 네트워크 전송지연이 더 중요한 성능기준으로 작용한다.

지연분산(delay variation )

지터(jitter)는 엄격히는 전송장비에 의해서만 생긴 지연의 분산을 말하며, 일반적으로 종단간의 전송지연의 분산을 의미하는 지연지터(delay jitter)와 구별하여 특별히 물리적 지터라고 부르기도 한다. 모든 네트워크는 각각의 물리적 지터를 가진다. 가령 신호를 재형성하는 기능을 하는 리피터(repeater)가 가끔씩 비정상적인 작동을 할 수도 있고 금속도체의 경우 온동의 변화에 따라 전파지연(propagation delay)등이 변할 수 있기 때문에 물리적 지터가 존재하는 것이다. ISDN(Integrated Circuit Digital Network)이나 전용선(leased circuit)같은 회선 네트워크에서는 물리적 지터만이 지연지터를 이루게 되나, 패킷 LAN의 경우 매체접근시간(medium access time)이 지연지터에 큰 영향을 준다. 패킷 WAN의 경우는 라우터에서의 보관/전달 지연시간이 종단간 지연지터의 큰 부분을 차지한다. 비트율과 함께 지연지터 또한 보장되는 종단간 연결을 등시성(isochronism)을 가진다고 말한다. 등시성은 실시간 전송을 요구하는 멀티미디어 응용에 특히 중요한데 회선 네트워크는 완전한 등시성 연결을 제공한다.

에러율(error rate )

네트워크 에러는 데이터의 변경, 손실, 중복, 비순서적인 전송 등에 의해 일어난다. 네트워크 에러는 비트 에러율(bir error rate), 패킷/셀 에러율(packet/cell error rate), 패킷/셀 손실율(packet/cell loss rate) 등으로 측정된다. 에러가 발생할 경우 네트워크에 따라 단지 에러를 감지하는 네트워크도 있고 --- 이 경우, 보통 CRC를 이용하여 에러의 발생을 감지하고 에러가 생긴 블록은 폐기한다 --- , 감지를 하고 정정까지 하는 네트워크도 있다.

QoS(Quality of Service)

QoS(Quality of Service)는 어떤 응용이 데이터를 전송하기 전에 네트워크에 특별한 요구를 할 때 쓰이는 개념이다. 우편 배달을 생각하면 이해가 쉽다. 때에 따라 빠른 우편으로 보내어야 할 경우가 있고 등기로 보내야 할 때도 있고 보통 우편으로 보내는 경우도 있다. 이처럼 서비스의 등급을 달리하는 것이 바로 QoS의 개념이다. 각 경우에 따라 요금은 당연히 다르며, 우편 배달 네트워크에서는 그러한 서비스 등급을 요구하는 요청들은 사실상 거의 모두 수용될 수 있지만 통신 네트워크는 응용이 요구한 QoS를 만족시켜줄 수 있는지 여부를 결정한 후 연결을 거절하거나 수용하며 수용한 경우에는 그에 맞게 자원을 예약할 수 있다. 이를 콜 허용제어(CAC: Call Admission Control)이라 부른다.

네트워크는 최소 비트율이나 제한된 지연과 같은 결정적인(deterministic)한 보장과 시간에 따라 평균적으로 계산되는 통계적인(statistical) 보장을 제공할 수 있다. 결정적인 보장과 통계적인 보장의 이해를 위해 다음과 같은 예를 들어보자.

지금 당신은 대전에 살고 있으며 매주 월요일 아침 9시까지 서울에 있는 직장에 출근해야 한다. 주말에는 다시 대전으로 내려오는 생활을 한다. 월요일 아침 첫차는 5시에 있고, 예정 운행시간이 3시간 40분이라고 하자. 이제 당신이 일년치 티켓을 사려고 철도청과 지연시간의 보장에 대해 협상을 한다고 가정하자. 운행시간이 최대 3시간 55분으로 보장된다면 당신은 만족하는가? 아니면 일년에 걸쳐 운행시간이 평균적으로 3시간 45분이라면? 또는 일년동안 3시간 55분을 넘는 경우가 5번이하로 보장된다면? 아마 당신이 지각할 위험을 최소화하려면 운행시간 자체보다는 운행시간의 분산(variation)을 고려해야 할 것이다.

이같은 생각은 비디오/오디오의 실시간 전송에 그대로 적용된다. 앞으로 뒤에서 살펴볼 ATM(Asynchronous Transfer Mode)에서의 가상채널(VC)의 설립은 이 QoS의 개념에 근거를 두고 있다.