트래픽 — 대역폭, 처리율, 패킷 손실, 혼잡

네트워크 성능을 측정하는 핵심 지표들. 대역폭과 처리율의 차이, 패킷 손실이 발생하는 원인, 혼잡이 왜 생기고 어떻게 다루는지를 설명한다.

Seobway · 2026-03-25 · 12분

네트워크 성능을 어떻게 측정하는가

인터넷이 빠른지 느린지는 어떻게 판단할까?
단순히 "빠르다 / 느리다"는 모호하다.

네트워크 엔지니어는 아래 네 가지 지표로 성능을 정량화한다.^[1]

대역폭 (Bandwidth)

대역폭은 네트워크 링크가 단위 시간에 전달할 수 있는 최대 데이터 양이다.^[2]
이것은 이론적 상한(upper bound)이며, 물리적 매체와 기술 규격으로 결정된다.

%% desc: 대역폭을 도로 차선 수에 비유한 개념 — 차선이 많을수록 더 많은 차가 동시에 이동 가능
flowchart LR
  subgraph 좁은["좁은 대역폭 (100 Mbps)"]
    direction LR
    C1[데이터 1] --> LINK1[──────]
    C2[데이터 2] --> LINK1
    C3[데이터 3] --> LINK1
    LINK1 --> DST1[목적지]
  end

  subgraph 넓은["넓은 대역폭 (1 Gbps)"]
    direction LR
    D1[데이터 1] --> LINK2[══════]
    D2[데이터 2] --> LINK2
    D3[데이터 3] --> LINK2
    D4[데이터 4] --> LINK2
    D5[데이터 5] --> LINK2
    LINK2 --> DST2[목적지]
  end

대역폭 예시

처리율 (Throughput)

처리율은 실제로 전달된 데이터 양이다.^[3]
대역폭은 파이프의 굵기, 처리율은 파이프 안을 실제로 흐르는 물의 양이다.

처리율 ≤ 대역폭

처리율이 대역폭보다 낮은 이유:

1. 프로토콜 오버헤드: TCP/IP 헤더, Ethernet 프레임 헤더는 순수 데이터가 아니다. 일반적으로 전체 전송량의 2~10%가 헤더다.
2. 재전송: 패킷 손실이 발생하면 같은 데이터를 다시 보내 대역폭이 낭비된다.
3. 흐름 제어: TCP의 슬라이딩 윈도우가 전송 속도를 제한한다.
4. 혼잡 제어: TCP AIMD가 네트워크 혼잡 신호에 반응해 속도를 줄인다.
5. 처리 지연: 라우터, 스위치에서 패킷을 처리하는 시간이 걸린다.

처리율 측정 예시

%% desc: 1 Gbps 링크에서 처리율이 오버헤드와 재전송으로 인해 600 Mbps로 낮아지는 예시
flowchart LR
  BW["대역폭\n1 Gbps"]
  OH["프로토콜 오버헤드\n-50 Mbps"]
  LOSS["패킷 손실·재전송\n-100 Mbps"]
  FC["흐름·혼잡 제어\n-250 Mbps"]
  TH["실제 처리율\n~600 Mbps"]

  BW --> OH --> LOSS --> FC --> TH

지연 (Latency)

지연은 패킷이 출발지에서 목적지까지 이동하는 데 걸리는 시간이다.
일반적으로 RTT(Round-Trip Time) — 요청 전송부터 응답 수신까지의 왕복 시간 — 으로 측정한다.

지연의 구성 요소:

패킷 손실 (Packet Loss)

패킷 손실은 전송된 패킷이 목적지에 도달하지 못하는 비율이다.^[4]

패킷 손실률 = (손실된 패킷 수 / 전송된 패킷 수) × 100%

발생 원인

%% desc: 패킷 손실이 발생하는 주요 원인들과 각 원인의 특성
flowchart TD
  LOSS[패킷 손실]

  LOSS --> CG[혼잡으로 인한 버퍼 오버플로\n라우터 큐가 가득 참 → tail-drop 또는 RED]
  LOSS --> CORRUPT[물리 오류\n케이블 손상, 전파 간섭 → CRC 오류]
  LOSS --> TTL[TTL 만료\n라우팅 루프 → 라우터가 패킷 폐기]
  LOSS --> FILTER[정책/방화벽\n관리자가 의도적으로 차단]

  style CG fill:#ef4444,color:#fff
  style CORRUPT fill:#f97316,color:#fff
  style TTL fill:#eab308,color:#fff
  style FILTER fill:#6366f1,color:#fff

주요 원인:

1. 혼잡(Congestion): 가장 흔한 원인. 라우터 버퍼가 가득 차면 새로 들어오는 패킷을 버린다.
2. 물리 오류: 이더넷 CRC 오류, Wi-Fi 간섭. 데이터링크 계층에서 감지해 해당 프레임을 버린다.
3. TTL 만료: 라우팅 루프에서 패킷이 무한 순환하지 않도록 TTL이 0이 되면 폐기.
4. 정책 필터링: 방화벽, ACL로 의도적으로 차단.

패킷 손실의 영향

1~2% 손실은 TCP 재전송으로 처리 가능하지만, 5% 이상이면 성능이 급격히 저하된다.

혼잡과 과부하 (Congestion & Overload)

혼잡(Congestion)은 네트워크 링크나 라우터가 처리할 수 있는 것보다 더 많은 트래픽이 몰릴 때 발생한다.^[5]

%% desc: 라우터 큐에 트래픽이 몰려 버퍼가 차고 패킷이 드롭되는 혼잡 상황
flowchart LR
  SRC1[호스트 A\n500 Mbps] --> RTR
  SRC2[호스트 B\n500 Mbps] --> RTR
  SRC3[호스트 C\n200 Mbps] --> RTR

  subgraph RTR["라우터 (출력 링크 1 Gbps)"]
    Q["큐 (Buffer)\n1000 Mbps 입력\n1000 Mbps 출력 한계\n200 Mbps 초과 → 드롭!"]
  end

  RTR --> DST[목적지 링크\n1 Gbps]

  style Q fill:#ef4444,color:#fff

혼잡 발생 지점

• 병목 링크(Bottleneck Link): 경로 중 대역폭이 가장 좁은 링크. 전체 처리율을 제한한다.
• 과부하 라우터: 초당 처리할 수 있는 패킷 수를 초과하면 지연과 손실이 증가한다.

혼잡 대응 방법

1. TCP 혼잡 제어 (End-to-End)

TCP AIMD는 패킷 손실을 혼잡 신호로 해석하고 전송 속도를 줄인다.
네트워크 중간 장비의 협력 없이 엔드포인트만으로 혼잡을 완화한다.

2. ECN — Explicit Congestion Notification (RFC 3168)

라우터가 혼잡을 감지하면 패킷을 버리는 대신 IP 헤더의 ECN 비트를 1로 설정한다.
수신자가 이를 TCP ACK에 반영해 송신자에게 알린다.
패킷 손실 없이 혼잡을 미리 신호할 수 있다.

3. AQM — Active Queue Management

라우터 큐가 가득 차기 전에 미리 패킷을 확률적으로 버린다.
대표 알고리즘:

• RED(Random Early Detection): 큐 길이에 따라 확률적으로 드롭
• CoDel(Controlled Delay): 큐 지연 시간을 기반으로 제어

4. QoS — Quality of Service

모든 패킷을 동등하게 처리하는 대신, 중요도에 따라 우선순위를 부여한다.
VoIP(음성) 패킷을 파일 다운로드보다 먼저 처리하는 식이다.

%% desc: QoS 트래픽 분류 — 실시간 트래픽을 높은 우선순위 큐에 배치하는 구조
flowchart LR
  IN[인입 트래픽]
  CLASS[패킷 분류기\nDSCP 마킹]

  subgraph QUEUES["우선순위 큐"]
    Q1["높음: VoIP, 화상 회의"]
    Q2["중간: 웹 트래픽"]
    Q3["낮음: 파일 다운로드"]
  end

  SCHED[스케줄러\n가중 우선순위 처리]
  OUT[출력 링크]

  IN --> CLASS
  CLASS --> Q1 & Q2 & Q3
  Q1 & Q2 & Q3 --> SCHED --> OUT

지표 간 관계

%% desc: 대역폭, 처리율, 혼잡, 패킷 손실의 상호 영향 관계
flowchart TD
  BW[대역폭\n물리적 최대값]
  LOAD[트래픽 부하]
  CONG[혼잡 발생]
  DROP[패킷 드롭]
  RETX[TCP 재전송]
  TH[처리율 저하]
  LAT[지연 증가]

  LOAD -- "부하 > 용량" --> CONG
  CONG --> DROP
  DROP --> RETX
  RETX --> TH
  CONG --> LAT
  DROP --> LAT
  TH -- "처리율 ≤ 대역폭" --> BW

혼잡이 발생하면 패킷 손실 → 재전송 → 처리율 저하 → 지연 증가의 악순환이 시작된다.
TCP 혼잡 제어는 이 악순환을 끊기 위해 자발적으로 전송 속도를 줄이는 시스템이다.

참고

1. Network performance, Wikipedia ↩
2. Bandwidth (computing), Wikipedia ↩
3. Throughput, Wikipedia ↩
4. Packet loss, Wikipedia ↩
5. Network congestion, Wikipedia ↩

관련 글

• TCP와 UDP — 신뢰성과 속도의 트레이드오프 → — TCP 혼잡 제어(AIMD, Slow Start)의 상세 동작
• 프로토콜 — 왜 패킷 교환을 쓰는가 → — 패킷 교환이 혼잡에 취약한 이유와 설계 트레이드오프
• 캡슐화와 역캡슐화 — PDU의 여정 → — 트래픽을 구성하는 패킷 구조

• Network Traffic
• Bandwidth
• Throughput
• Packet Loss
• Congestion
• Latency
• QoS
• Network Performance