L4S: ECN의 진화, 능동적인 혼잡 예측과 선제적 제어로 인터넷 속도 혁신

인터넷 속도는 현대 사회의 핵심 인프라로 자리 잡았습니다.

원활한 웹 브라우징, 고화질 영상 스트리밍, 실시간 화상 회의, 몰입감 있는 온라인 게임 등 다양한 인터넷 서비스를 즐기기 위해서는 빠르고 안정적인 네트워크 환경이 필수적입니다.

 이러한 요구에 부응하기 위해 등장한 혁신적인 기술이 바로 L4S (Low Latency, Low Loss, Scalable Throughput)입니다. L4S는 기존의 ECN (Explicit Congestion Notification) 기반 혼잡 제어 방식을 한 단계 더 발전시켜, 능동적인 혼잡 예측과 선제적인 제어를 통해 인터넷 속도를 획기적으로 개선했습니다.

 

기존 ECN의 한계: 혼잡 발생 후 대응방식

ECN은 네트워크 혼잡 발생 시 패킷에 표시를 하여 송신자에게 알려주는 기술입니다. 송신자는 이 정보를 바탕으로 데이터 전송 속도를 조절하여 혼잡을 완화하고 패킷 손실을 줄일 수 있습니다. 그러나 기존 ECN 기반 혼잡 제어 방식은 패킷 손실이 이미 발생한 후에야 송신 속도를 줄이는 반응형 방식이라는 한계를 가지고 있었습니다.

즉, 혼잡으로 인해 패킷이 손실된 후에야 송신자가 이를 인지하고 대응하기 때문에, 이미 지연 시간이 증가하고 데이터 손실이 발생한 상태였습니다. 이는 실시간성이 중요한 서비스에서 치명적인 문제였습니다. 예를 들어, 화상 회의 중 화면 멈춤이나 음성 끊김 현상, 온라인 게임 중 랙(Lag) 발생 등은 모두 ECN의 늦은 대응으로 인해 발생하는 문제였습니다.

 

L4S의 혁신: ECN 정보와 RTT 측정값을 활용한 혼잡 예측

L4S는 기존 ECN의 한계를 극복하기 위해 혼잡을 사전에 예측하고 선제적으로 대응하는 능동형 방식을 도입했습니다. L4S는 ECN 정보뿐만 아니라, 데이터 패킷이 송신자에서 수신자까지 왕복하는 데 걸리는 시간인 RTT (Round-Trip Time)를 함께 측정합니다.

RTT 측정값은 네트워크 혼잡도를 나타내는 중요한 지표입니다. 네트워크가 혼잡해지면 패킷이 전송되는 경로가 복잡해지고, 패킷이 목적지에 도달하는 데 더 오랜 시간이 걸리기 때문입니다. L4S는 이러한 RTT 값의 변화를 분석하여 네트워크 혼잡 발생 가능성을 예측하고, 혼잡이 실제로 발생하기 전에 송신 속도를 조절합니다.

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이미지 : Nokia Bell Labs

 

L4S의 핵심 기술: Delta-ECN과 혼잡 알림 패킷

 

L4S는 ECN 정보와 RTT 측정값을 효과적으로 활용하기 위해 Delta-ECN이라는 새로운 필드를 도입했습니다. Delta-ECN은 패킷에 ECN 표시가 되었는지 여부뿐만 아니라, 이전 패킷과 비교하여 RTT 값이 얼마나 증가했는지에 대한 정보도 함께 담고 있습니다.

또한, L4S는 **혼잡 알림 패킷(CNP, Congestion Notification Packet)**을 사용하여 송신자에게 혼잡 정보를 전달합니다. CNP는 수신자가 ECN 표시된 패킷을 받았을 때 송신자에게 보내는 특별한 패킷으로, Delta-ECN 값과 같은 혼잡 정보를 포함하고 있습니다.

 

L4S의 작동 방식: 선제적 혼잡 제어를 통한 지연 시간 최소화

1. ECN 표시 및 RTT 측정: 네트워크 장비는 혼잡 발생 시 패킷에 ECN 표시를 하고, 수신자는 ECN 표시된 패킷을 받으면 송신자에게 CNP를 보냅니다. 송신자는 CNP를 받고 RTT를 측정합니다.
2. Delta-ECN 계산: 송신자는 이전 패킷과 현재 패킷의 RTT 값을 비교하여 Delta-ECN 값을 계산합니다.
3. 혼잡 제어 알고리즘: 송신자는 Delta-ECN 값과 RTT 값을 기반으로 혼잡 제어 알고리즘을 사용하여 데이터 전송 속도를 조절합니다. 혼잡이 예상되면 송신 속도를 줄이고, 혼잡이 완화되면 송신 속도를 다시 높입니다.

이러한 능동적인 혼잡 제어 방식을 통해 L4S는 패킷 손실을 최소화하고, 지연 시간을 획기적으로 줄여줍니다. 특히, 실시간 스트리밍이나 온라인 게임과 같이 즉각적인 반응이 중요한 서비스에서 L4S는 탁월한 성능을 발휘합니다.

 

L4S의 미래: 더욱 빠르고 안정적인 인터넷 경험을 위한 핵심 기술

L4S는 현재 IETF (Internet Engineering Task Force)에서 표준화 작업이 진행 중이며, 애플, 구글, 엔비디아 등 주요 IT 기업들의 적극적인 지원을 받고 있습니다. L4S 기술이 상용화되면, 온라인 게임, 화상 회의, 클라우드 서비스, IoT 등 다양한 분야에서 획기적인 속도 개선 효과를 가져올 것으로 기대됩니다.

L4S는 인터넷 속도를 혁신적으로 개선할 수 있는 차세대 기술입니다. 기존 ECN 기반 혼잡 제어의 한계를 극복하고, 능동적인 혼잡 예측과 선제적 대응을 통해 더욱 빠르고 안정적인 인터넷 경험을 제공합니다. 앞으로 L4S 기술의 발전과 상용화를 통해 우리는 더욱 풍요로운 디지털 세상을 누릴 수 있을 것입니다.