- 전송 계층
- TCP/UDP 계층의 기능 및 역할
- 흐름 제어 기법(Flow control)
- TCP의 내부동작 원리1: 연결 설정 단계
- TCP의 내부동작 원리2: 상대 소켓과의 데이터 송수신
- TCP의 내부동작 원리3: 상대 소켓과의 연결종료
- 예상 질문
- Reference
전송 계층
-
전송 계층은 인터넷 기반의 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하며
[1]연결 지향 데이터 스트림 지원, [2]신뢰성, [3]흐름 제어를 제공할 수 있으며
애플리케이션과 인터넷 계층 사이의 데이터가 전달될 때 중계 역할을 한다.
-
대표적으로 TCP와 UDP가 있다.
TCP/UDP 계층의 기능 및 역할
- 실제 데이터의 송신과 관련 있는 계층으로 전송(Transport) 계층이라고도 한다.
TCP
-
TCP(Transmission Control Protocol)는 데이터의 전송을 보장하는 프로토콜이다.(신뢰성이 있는 프로토콜) -
TCP는 패킷 사이의 순서를 보장하고 신뢰성을 보장하기 때문에 연결 지향 프로토콜로 수신여부를 확인하기 때문에 신뢰성은 높지만 속도가 느리다는 단점이 있다.
-
대부분 1대1 통신이며, 가상 회선 패킷 교환방식을 사용한다.
- 가상 회선 패킷 교환방식 - 각 패킷에는 가상회선 식별자가 포함되며, 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 순서대로 도착하는 방식을 말한다.
-
예) HTTP, Email, File transfer
UDP
-
UDP(User Datagram Protocol)는 데이터의 전송을 보장하지 않는 프로토콜이다. -
UDP는 패킷 사이의 순서를 보장하지 않고 수신 여부를 확인하지 않으며 단순히 데이터만 주는
데이터 패킷 교환 방식을 사용한다.- 데이터 패킷 교환 방식 - 패킷이 독립적으로 이동하며 최적의 경로를 선택하여 간다. 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 도착한 순서가 다를 수 있는 방식을 말한다.
-
1대1 통신 또는 1대 N 통신 또는 N:N 통신이 있다.
-
예) DNS, Broadcasting
흐름 제어 기법(Flow control)
- 송신측과 수신측의 데이터 처리 속도 차이를 해결 하기 위한 방법
-
정지-대기(Stop-and-wait) 기법
-
슬라이딩 윈도우 (Sliding Window) 기법
Stop-and wait 동작 방법
-
전송 측이 프레임을 전송한 다음, 각 데이터 프레임에 대한
ACK를 기다린다. -
ACK프레임이 도착하면 다음 프레임을 전송하는 기법이다.
Sliding Window 동작 방법
-
수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 확인 응답(ACK) 없이 패킷을 전송할 수 있어서 데이터 흐름을 동적으로 조절하는 기법이다.
- Window : 전송 및 수신 측에서 만들어진 버퍼의 크기
-
ACK 프레임이 도착하면, 전송측 윈도우는 ACK 프레임 수에 따라 오른쪽 경계가 이동하여 윈도우 크기가 늘어난다.
TCP의 내부동작 원리1: 연결 설정 단계
상황 : 팬시가 주디에게 데이터를 전달하는 상황
-
팬시 : 안녕! 주디, 내가 전달할 데이터가 있으니 우리 연결좀 하자.
-
주디 : 알겠어! 지금 나도 준비가 되었으니 언제든 시작해도 좋아!
-
팬시 : 내 요청을 들어줘서 고마워~
이런 TCP 연결 성립 과정을 Three-way handshaking 이라고 한다.
SYN - SYN + ACK - ACK
-
처음 시작 SEQ번호는 랜덤하게 생성된다. 그 이유는 연결을 맺을 때 사용하는 포트(Port)는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다.
-
따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재한다. 서버측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 숫자가 전송된다면 이전의 연결로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다.
-
이런 문제의 발생 가능성을 낮추기 위해 SEQ번호를 랜덤으로 설정한다.
TCP의 내부동작 원리2: 상대 소켓과의 데이터 송수신
-
ACK의 값을 전송된 바이트 크기만큼 증가시키는 이유는 패킷의 전송유무 뿐만 아니라, 데이터 손실유무까지 확인하기 때문이다.
-
[1] ACK = 1200 + 100 byte + 1
-
[2] ACK = 1301 + 100 byte + 1
-
-
ACK 번호 = SEQ 번호 + 전송된 바이트 수 + 1
-
SEQ 전송 시 타이머가 작동되며 SEQ에 대한 ACK가 전송되지 않을 경우 데이터를 재전송한다.
TCP의 내부동작 원리3: 상대 소켓과의 연결종료
상황 : 팬시가 주디에게 연결을 끊고자 하는 경우
-
팬시 : 주디! 지금 연결을 끊고자 하는데 지금 괜찮을까요?
-
주디 : 아! 그러세요? 잠시만요~
-
주디 : 네 저도 준비가 끝났습니다. 그럼 연결을 끊으시죠!
-
팬시 : 네! 그동안 즐거웠습니다.
이러한 TCP 연결 해제 과정을 Four-way handshaking 이라고 한다.
FIN – ACK – FIN - ACK
-
TCP의 연결 성립 과정과 연결 해제 과정의 단계수가 차이 나는 이유는 클라이언트가 데이터 전송을 마쳤다고 해도 서버는 아직 보낼 데이터가 남아있을 수 있기 때문에 일단 FIN에 대한 ACK만 보내고, 데이터를 모두 전송한 후 자신(서버)도 FIN 메시지를 보내기 때문이다.
-
그래서 마지막 4번째인 클라이언트(팬시)에서 TIME_WAIT 상태가 된다. 서버(주디)로부터 해지 준비가 되었다는 ACK를 보낸후 서버에서 CLOSE 상태가 된 이후에 클라이언트(팬시)는 어느 정도의 시간을 대기한 후에 연결을 닫고 모든 자원의 연결이 종료된다.
-
TIME_WAIT이란 소켓이 바로 소멸되지 않고 일정 시간 유지하는 상태이다. -
Four-way handshaking과정을 거쳐서 연결을 종료하는 이유는 패킷이 지연되거나 일반적인 종료로 인한 데이터 손실을 막기 위함이다.
예상 질문
-
Q1. TCP와 UDP의 차이점은?
-
Q2. 초기 Sequence Number인 ISN을 0부터 시작하지 않고 난수를 생성해서 설정하는 이유는?
- A2. 그 이유는 연결을 맺을 때 사용하는 포트(Port)는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다. 따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재한다. 서버측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 숫자가 전송된다면 이전의 연결로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다. 이런 문제의 발생 가능성을 낮추기 위해 SEQ번호를 랜덤으로 설정한다.
-
Q3. 만약 Server에서 FIN 플래그를 전송하기 전에 전송한 패킷이 Routing 지연이나 패킷 유실로 인한 재전송 등으로 인해 FIN 패킷보다 늦게 도착하는 상황이 발생하면 어떻게 될까?
- A3. 이러한 현상에 대비하여 Client는 Server로부터 FIN 플래그를 수신하더라도 일정시간(Default: 240sec)동안 세션을 남겨 놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 거친다. (TIME_WAIT 과정)
-
Q4. TCP의 연결 성립 과정과 연결 해제 과정의 단계수가 차이 나는 이유는?
- A4. Client가 데이터 전송을 마쳤다고 해도 Server는 아직 보낼 데이터가 남아있을 수 있기 때문에 일단 FIN에 대한 ACK만 보내고, 데이터를 모두 전송한 후 자신도 FIN메세지를 보내기 때문이다.
Reference
-
학교 수업 자료 - 컴퓨터망프로그래밍