구글, 인터넷 속도 14% 높이는 새 기술 개발

구글이 인터넷의 주요 데이터 트랜잭션 프로토콜인 TCP의 속도를 높이는 새 알고리즘을 개발하는 데 성공했다. 전송하는 트래픽의 속도를 최적화해 라우터 병목을 줄이는 원리로, 이를 통해 인터넷 속도를 최대 14% 높일 수 있다.



구글은 이 가속 방법을 'BBR(bottleneck bandwidth and roundtrip)'이라고 부른다. 이기종 라우터에 걸쳐 데이터를 보내는 가장 빠른 방법의 하나로, 데이터 라우터에 트래픽이 몰릴 때 이를 더 효과적으로 처리할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 구글은 현재 BBR을 유튜브 트래픽 처리에 활용하고 있고, 지난 달에는 구글 클라우드 플랫폼에도 적용했다. 유튜브 트래픽은 이미 고도로 최적화된 상태지만 BBR을 적용한 이후 평균 4%, 일부 국가에서는 최대 14%까지 속도가 향상됐다.

BBR이 기존 연구와 다른 점
TCP는 1970년대에 TCP/IP 프로토콜의 일부로 개발됐다. 데이터를 패킷으로 변환해 인터넷으로 전송하는 역할을 한다. IETF(Internet Engineering Task Force)에 따르면, IP 트래픽의 90% 이상이 TCP를 통해 전송된다. 지난 수십년간 이 TCP/IP의 속도를 높이기 위한 노력이 다양하게 진행됐다. 주로 TCP가 트래픽 혼잡에 대응하는 방법에 초점을 맞춰왔다. TCP는 트래픽 혼잡이 발생하면 전송 속도를 낮추도록 설계됐고, 전송과정에서 손실되는 패킷 수를 모니터링해 혼잡 상태를 판단한다.

대표적인 것이 노스 캐롤라이나 주립 대학의 연구팀이 개발한 손실 기반 혼잡 제어 알고리즘 'BIC(binary increase congestion control)'이다. 현재는 CUBIC으로 이어지고 있다. 이들 알고리즘은 혼잡이 감지되면 최적의 전송 속도를 계산하기 위해 측정치를 기록한다. 이밖에도 리노(Reno)라고 불리는 유명 혼잡 제어 알고리즘도 있다.

구글은 자사 블로그를 통해 BBR을 개발한 배경으로 "지난 수년간은 기존 방식으로도 문제가 없었다. 인터넷 스위치와 라우터의 작은 버퍼가 느린 대역폭 인터넷 연결에 적합했기 때문이다. 그러나 오늘날에는 일명 '손실 기반(loss-based)' 혼잡 제어가 더이상 유효하지 않다"라고 밝혔다.

TCP 초기 개발진의 한명이었고 현재는 BBR 개발을 이끄는 수석 엔지니어인 반 자콥슨은 "TCP가 패킷 손실을 감지할 때만 트래픽 속도를 낮춘다면 대응하기에 이미 너무 늦은 것이다. BBR은 손실 같은 장애가 발생하기를 기다리지 않고 파이프를 모델링한다. 마치 길이나 지름을 재는 것처럼 얼마나 많은 데이터를 담을 수 있는지 결정하는 것이다"라고 말했다.

BBR은 여러 라우터에 걸쳐 지속적으로 쓰루풋과 트래픽 처리 시간을 체크한다. 이를 통해 데이터가 네트워크를 통해 전송되는 데 어느 정도 시간이 걸리는 지를 확인하고 네트워크가 감당할 수 있는 속도로 트래픽을 전송한다. 이는 기존 TCP 혼잡 제어보다 더 효과적이라는 것이 자콥슨의 설명이다.

또한 그는 "BIC나 리노는 혼잡 여부를 판단할 때 패킷 손실을 이용한다. 반면 BBR은 패킷 손실과 관계없이 데이터를 전송하는 최적 경로를 결정하기 위해 트래픽 속도를 실제로 측정하는 유일한 TCP 알고리즘이다"라고 말했다.


궁극적인 목표는 표준화
BBR은 구글이 개발한 대안 전송 프로토콜인 QUIC(quick UDP internet connections)와 호환된다. 자콥슨은 최종적인 목표가 BBR을 IETF의 표준으로 만드는 것이라고 말했다. 그러나 이는 그리 간단한 일이 아니다.

스위스 취리히에 있는 네트워크 시스템 그룹(Networked Systems Group)의 수석 연구원이나 IETF에서 TCP 유지와 개선을 담당하는 머자 쿠레와인은 "데이터 전송과 혼잡 제어 관련된 표준을 만들려면 상당히 긴 시간이 필요하다. TCP를 개선하려는 시도가 수십건 있었지만 실제 표준으로 정립된 것은 하나 뿐이며 이것도 BIC와 BBR이 개발되기 전의 일이다. 일반적으로 혼잡 제어 체계를 표준화하는 것은 간단한 일이 아니다"라고 말했다.

단 쿠레와인은 BBR의 가능성은 인정했다. 그는 "어떤 기업이 표준을 추진한다면 그것은 아마도 구글일 것이다. 그들이 운영하는 네트워크 규모가 매우 방대하기 때문이다. 또한, 리노와 CUBIC은 같은 원리를 기반으로 작동한다. 패킷 손실을 감지해 혼잡이라고 판단하면 지속적으로 전송 속도를 줄인다. 반면 BBR은 연결이 혼잡 상태인지를 확인하기 위해 패킷 시간 정보를 활용한다"라고 말했다.

한편 구글 서비스를 사용하는 기업 중 일부는 이미 BBR의 효과를 체험하고 있다. 예를 들어 구글 클라우드에서 웹사이트 50만개를 호스팅하는 워드프레스가 대표적이다. 이 업체의 설립자이자 CTO인 제이슨 코헨은 "BBR을 이용했을 때 다른 손실 기반 혼잡 제어 대비 쓰루풋이 2,700배 향상됐다. 큐잉 딜레이도 25배 줄어들었다"라고 말했다.

구글의 클라우드 플랫폼 사용자는 클라우드 스패너, 빅테이블, 스토리지, CDN, 로드밸런싱 등 CGP 클라우드 서비스를 사용할 때 추가 비용없이 자동으로 BBR의 혜택을 누릴 수 있다. ciokr@idg.co.kr