이더넷상의 프로토콜 오버헤드는 얼마나 될까?

네트워크 상에서의 프로토콜 오버헤드에 대한 글이 있어서 소개해 본다. 우리가 사용하고 있는 이더넷과 프로토콜 스택상에서 얼마나 빨리 전송할 수 있을지, 얼마나 많은 대역폭을 사용하는지 가늠해 볼 수 있다. 다음은 프로토콜 오버헤드를 이더넷, 기가비트 이더넷, ATM, POS 등으로 나누어 소개한 자료이다.

주소 : http://sd.wareonearth.com/~phil/net/overhead/

예를 들어 이더넷의 프레임 포맷을 살펴보면,

• 6 바이트 목적지 주소
• 6 바이트 출발지 주소
• 필요시 이용되는 4바이트의 802.1q VLAN 태그 (옵션)
• 2 바이트 길이/타입
• 46-1500 바이트 데이터 (페이로드)
• 4 바이트 CRC

로 구성되어 있다. 이더넷의 오버헤드 요소를 살펴보면 ,

  12 gap + 8 preamble + 14 header + 4 trailer = 38 bytes/packet w/o 802.1q
  12 gap + 8 preamble + 18 header + 4 trailer = 42 bytes/packet with 802.1q

로 된다. VLAN 태그가 없이도 38 바이트 사용하는 경우 42 바이트가 된다. 이더넷 페이로드를 포함한 데이터 비율은 다음과 같이 된다:

  1500/(38+1500) = 97.5293 %   w/o 802.1q tags
  1500/(42+1500) = 97.2763 %   with 802.1q tags

1) 이더넷상의 TCP 전송

 헤더 압축은 없다고 가정
 IPv4 헤더에 20 바이트 또는 IPv6 헤더에 40 바이트 추가
 TCP 헤더 20 바이트 추가
 TCP 타임스탬프 옵션 값 12 바이트 추가
 이더넷을 통한 최대 TCP 페이로드 데이터 전송률은 다음과 같다:

  (1500-40)/(38+1500) = 94.9285 %  IPv4, minimal headers
  (1500-52)/(38+1500) = 94.1482 %  IPv4, TCP timestamps
  (1500-52)/(42+1500) = 93.9040 %  802.1q, IPv4, TCP timestamps
  (1500-60)/(38+1500) = 93.6281 %  IPv6, minimal headers
  (1500-72)/(38+1500) = 92.8479 %  IPv6, TCP timestamps
  (1500-72)/(42+1500) = 92.6070 %  802.1q, IPv6, ICP timestamps

2) 이더넷상의 UDP 전송

 IPv4 헤더에 20 바이트 또는 IPv6 헤더에 40 바이트 추가
 UDP 헤더 8바이트 추가
 이더넷을 통한 최대 UDP 페이로드 데이터 전송률은 다음과 같다:

  (1500-28)/(38+1500) = 95.7087 %  IPv4
  (1500-28)/(42+1500) = 95.4604 %  802.1q, IPv4
  (1500-48)/(38+1500) = 94.4083 %  IPv6
  (1500-48)/(42+1500) = 94.1634 %  802.1q, IPv6

이렇게 소개하고 있다. 이외 기가비트 이더넷은 점보 프레임을 사용하는 경우 최대 전송은 990.042 Mbps 이며, 점보 프레임 없이는 941.482 Mpbs 이다. 이론적으로만 보면 점보 프레임을 사용하는 경우가 전송률 면에서 더 유리하다. 점보프레임은 얼마전 블로그에서 소개한 적이 있으니 참고해 보길 바란다.

프로토콜 오버헤드를 참고 삼아 알아두면 좋을것 같다.

[참고]
1. Protocol Overhead
http://sd.wareonearth.com/~phil/net/overhead/
2. 점보프레임(Jumbo Frame)으로 전송속도 높이기
http://www.packetinside.com/2012/03/jumbo-frame.html