이더넷 처리량·프레임 속도 계산기

이더넷 처리량·프레임 속도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리

'1 Gbps' 이더넷 링크라고 해서 응용 데이터가 정확히 1기가비트씩 전달되지는 않습니다. 프레임마다 헤더가 붙고, 선로 위에서 프레임 사이에 고정된 오버헤드가 들어가기 때문입니다. 이 계산기는 링크 속도와 프레임 크기에 따른 초당 최대 프레임 수, TCP/IPv4 기준 실제 데이터 처리량, 그리고 효율을 보여 줍니다. 속도 측정 결과를 판단하거나 점보 프레임의 효과를 따질 때 씁니다.

계산 방법

• 초당 최대 프레임 수 = 링크 속도(bit/s) ÷ ((프레임 크기 + 20) × 8)
• 데이터 처리량 = 초당 프레임 수 × (프레임 크기 − 18 − 40) × 8, Mbps로 표시
• 효율 = (프레임 크기 − 58) ÷ (프레임 크기 + 20) × 100

프레임 크기는 목적지 MAC 주소부터 FCS(프레임 검사 순서)까지의 길이로, 표준 범위 64~1518바이트와 같은 기준입니다.

원리

선로에서 각 프레임 앞에는 프리앰블 7바이트와 프레임 시작 구분자 1바이트, 합계 8바이트가 붙고, 뒤에는 최소 12바이트 시간의 프레임 간 간격이 따라옵니다. 그래서 프레임마다 20바이트가 데이터 없이 쓰입니다. 프레임 안에서는 이더넷 헤더 14바이트와 FCS 4바이트로 18바이트를 쓰고, TCP/IPv4 패킷은 옵션 없는 IP 헤더 20바이트와 TCP 헤더 20바이트를 씁니다. 따라서 1518바이트 프레임은 1500바이트 IP 패킷(MTU)을 싣고, 그 안에 TCP 데이터 1460바이트가 들어갑니다. 작은 프레임일수록 낭비가 커서, 64바이트이면 1 Gbps 링크에 초당 1,488,095개의 프레임이 흐르고 오버헤드 비중이 매우 커집니다.

예제 풀이

1. 입력값은 링크 1 Gbps, 프레임 1518바이트입니다.
2. 선로상 프레임당 바이트는 1518 + 20 = 1538바이트, 즉 12,304비트입니다.
3. 초당 프레임 수는 10⁹ ÷ 12,304 = 81,274.38개입니다.
4. 프레임당 TCP 데이터는 1518 − 58 = 1460바이트 = 11,680비트입니다.
5. 처리량은 81,274.38 × 11,680 ÷ 10⁶ = 949.28 Mbps입니다.
6. 효율은 1460 ÷ 1538 × 100 = 94.93%입니다.

결과 해석

표준 프레임을 쓰는 완벽한 1 Gbps 링크에서 TCP 하나가 낼 수 있는 상한이 약 949 Mbps이므로, 속도 측정에서 930~940 Mbps가 나오면 정상입니다. 9000바이트 점보 프레임은 효율을 약 99.1%로 올리고 프레임 수를 6분의 1 정도로 줄여 바이트당 CPU 부담을 덜어 줍니다. 라우터와 방화벽은 작은 프레임에서의 초당 패킷 수가 더 까다로운 한계인 경우가 많습니다.

흔한 실수

• 프레임 크기에 프리앰블과 간격까지 넣는 경우(이 값은 따로 더합니다)
• VLAN 태그(개당 4바이트)나 타임스탬프 같은 TCP 옵션을 잊는 경우
• 경로 중 한 장비라도 MTU 1500을 쓰는데 점보 프레임 효과를 기대하는 경우

자주 묻는 질문

1 Gbps 회선 속도 측정이 940 Mbps 정도로 나오는 이유는 무엇인가요?

이더넷, IP, TCP 오버헤드가 링크의 약 5%를 쓰기 때문에 그 정도면 최댓값에 가깝습니다.

최소 프레임이 64바이트인 이유는 무엇인가요?

예전 공유 매체 이더넷에서 충돌을 감지하려면 일정 길이 이상이 필요했고, 호환성 때문에 그 최솟값이 유지되고 있습니다. 짧은 데이터는 채움 바이트로 늘립니다.

IPv6에서는 무엇이 달라지나요?

IPv6 헤더는 20바이트가 아니라 40바이트이므로 표준 프레임당 TCP 데이터가 1440바이트로 줄어듭니다.

출처: IEEE 802.3, IEEE Standard for Ethernet · IETF RFC 2544, Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices