네트워크 10강 - TCP part.1

앞으로 세 강에 걸쳐서 TCP에 대해 알아보자. 강의 시간은 총 3 시간 남짓이지만 이 포스팅은 중요 내용을 기억하기 위한 이정표를 제공하기 위한 글이므로 짧게 요약해서 쓰겠다. 하루 중 시간을 조금씩만 투자하면 금방 완강하니 자투리 시간을 내서 꾸준히 들어보기를 권한다.

 

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TCP는 Byte Stream

TCP는 메세지를 임시 저장소인 버퍼에 담아서 Flow Control, Congestion Control에 의해 제어되는 속도로 버퍼에 있는 메세지를 전송한다.

• 버퍼 담는다는 것에 주목해보자.
  • TCP는 잠시 버퍼에 담았다가 전송한다.
  • 버퍼로 인해 메모리에 부담이 커질 수 있다.
  • 잠시 담았다가 전송하므로 Throughput 성능이 떨어진다.
• Flow Control이란?
  • 수신측에도 TCP 버퍼가 있다.
  • 수신 측 TCP 버퍼가 가득 차도록 송신 측에서 빨리 전송하면 어떻게 될까?
  • 메시지는 기껏 거의 다 와서 유실된다.
  • 커넥션을 맺을 때 / 서로 통신할 때 자신의 남은 버퍼 크기를 전송해서
  • 그 크기만큼 보내지 않도록 조정한다.
• Congestion Control이란?
  • 라우터에도 버퍼가 있다.
  • 라우터 버퍼가 가득 차면 메시지가 유실되어 수신 측에서 ACK가 오지 않을 것이다.
  • ACK가 오지 않으면 중간 라우터에서 데이터 Loss가 생긴 것 (== Congestion 발생)으로 인식하고
  • 데이터 보내는 속도를 줄인다.

 

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TCP의 특징과 원리

• 제공하는 기능들
  • Point to Point (일대일) 연결이다.
  • Reliable, In-Order bytestream이다.
  • Pipelined 되어있다.
  • Full Duplex (동시 양방향 통신)이다.
  • Connection Oriented 통신이다.
  • Flow, Congestion Control을 제공한다.

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TCP Segment

출처 : https://www.slideserve.com/redford/the-tcp-segment-header

• TCP 세그먼트의 헤더는 기본 4바이트 5줄 + Options으로 구성되어있다.
• 따라서 TCP 세그먼트의 크기는 20byte + a 이다.
• Src 포트와 Dest포트만 있다. IP 주소는 네트워크 계층 헤더에 있다.
• Sequence Number : TCP는 Inorder 전송을 위해 데이터에 순서 번호를 붙여서 전송한다.
• Acknowledgement Number : ACK == 100이면 99까지 데이터를 받았고 100번 데이터를 전송해달라는 것이다. TCP는 누적 ACK를 사용한다.
• TCP Header Length : Optional 필드가 있으므로 어디까지가 헤더인지 알아야 한다.
• TCP Control Flags
  • URG : 급한 데이터가 있음을 나타낸다. Urgent Pointer에 값이 있음을 의미.
  • ACK : 1로 세팅되면 ACK에 값이 유효함을 의미한다.
  • PSH : PUSH, 버퍼링 된 데이터를 상위 계층으로 즉시 전송할 것을 의미한다.
  • RST : 연결 리셋 시 사용되는 플래그이다.
  • SYN : 연결 시작 시 송수신 번호 동기화를 위해 사용된다.
  • FIN : 연결 종료를 나타내는 플래그이다.
• Window Size : ACK를 받지 않아도 전송 가능한 세그먼트의 양이다. Congestion Control을 위한 CWND와 Flow Control를 위한 RWND 중 작은 값을 선택한다. 
  • CWND : Congestion Window. rwnd를 무시할 때 송신 측이 Ack 없이 한 번에 데이터를 보낼 수 있는 크기이다. 작은 값에서 시작해서 점점 늘려나가다 네트워크 상에서 Loss가 일어나면, 즉 중간의 라우터에서 Congestion이 발생해 패킷이 유실되면 CWND를 줄인다.
  • RWND : Receiving Window, 수신 측 TCP 버퍼 여유공간의 크기이다. 여유공간의 크기 이상으로 ACK 없이 데이터를 전송하면 수신 측 버퍼가 가득 찰 수 있으므로 Window는 RWND 보다 작아야 한다.

 

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TCP Timeout

• 어느 정도 시간이 흐른 뒤에도 ACK가 오지 않으면 Loss가 발생했다고 판단할 수 있을까?
• Timeout 시간이 너무 짧으면 불필요한 재전송이 많을 것이고 너무 길면 Loss가 일어나도 재전송까지 시간이 오래 걸릴 것이다.
• Timeout시간은 RTT를 이용해서 판단한다.
• 일정 시간 동안의 RTT 값의 가중평균에 Safety Margin을 더해서 Time-out Interval을 정한다.
  • Time-out Interval = (1-a) * EstamatedRTT + a * SampleRTT + (1-b) * DeviationRTT + b * |SampleRTT-EsstamatedRTT|
  • 일반적으로 a = 0.125, b = 0.25를 사용한다.
  • 최근 추정 값의 오차가 커지면 Interval의 값이 커진다.
  • Interval은 RTT값이 크게 변해도 가중 평균되기 때문에 완만한 그래프를 그린다.
  • Time-out Interval (RTO)를 측정하는 방법은 여러 가지가 있다.

 

 

본 게시물은 kocw 이화여자대학교 이미정 교수님의 컴퓨터 네트워크 강의를 듣고 정리한 글임을 밝힙니다.

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