TCP ( Transmission Control Protocol)

1. 서버와 클라이언트간에 데이터를 신뢰성 있게 전달하기 위해 만들어진 프로토콜

2. 데이터를 전송하기 전에 데이터 전송을 위한 연결을 만드는 연결지향 프로토콜이다

3. 데이터는 네트워크선로를 통해 전달되는 과정에서 손실되거나 순서가 뒤바뀌어서 전달 될 수 있는데, TCP는 손실을 검색해내서, 이를 교정하고 순서를 재조합할수 있또록 해준다.

 

장치들 사이에 논리적인 접속을 하기 위하여 연결을 선정하여 "신뢰성을 보장하는 연결형 서비스"이다. TCP는 네트워크에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟(데이터, 메세지, 세그먼트라는 블록 단위)를 안정적 으로, 순서대로, 에러없이 교환할 수 있게 한다.

 

TCP의 특징

 

연결형 서비스

 

3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정

4-way handshaking 을 통해 연결을 해제

 

 

TCP의 3-way Handshaking 과정

[STEP 1]

A클라이언트는 B서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다. 이때 A클라이언트는 SYN을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태가 되는 것이다.

 

[STEP 2]

B서버는 SYN요청을 받고 A클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK와 SYN flag가 설정된 패킷을 발송하고 A가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다. 이때 B서버는 SYN_RECEIVED상태가 된다.

 

 

[STEP 3]

A클라이언트는 B서버에게 ACK을 보내고 이후로부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 되는것이다. 이때의 B서버 상태가 ESTABLISHED 이다.

위와 같은 방식으로 통신하는것이 신뢰성 있는 연결을 맺어 준다는 TCP의 3 Way handshake방식이다.

 

TCP의 4-way Handshaking 과정

 

[STEP 1]

클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다.

 

[STEP 2]

서버는 일단 확인메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가 TIME_WAIT상태다.

 

[STEP 3]

서버가 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.

 

[STEP 4]

클라이언트는 확인했다는 메시지를 보낸다.

 

그런데 만약 Server에서 FIN을 전송하기 전에 패킷이 Routing 지연이나 패킷 유실로 인한 재선종 등으로 인해 FIN패킷보다 늦게 도착하는 상황 이 발생한다면 어떻게 될까요?

 

Client에서 세션을 종료시킨 후 뒤늦게 도착하는 패킷이 있다면 이 패킷은 Drop되고 데이터는 유실될 것입니다.

이러한 현상에 대비하여 Client는 Server로부터 FIN을 수신하더라도 일정시간(디폴트 240초)동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 "TIME_WAIT"라고 합니다.

 

흐름제어

수신측이 송신측보다 빠르면 문제없지만, 송신측의 속도가 빠를 경우 문제가 생깁니다.

 

수신측에서 제한된 저장용량을 초과한 이후에도 도착하는 데이터는 손실 될 수 있으며 만약 손실 된다면 불필요하게 응답과 데이터 전송이 송/수신 측 간에 빈번이 발생합니다.

 

내부 방식으로 Stop and wait방식, Sliding Window 방식이 있습니다.

 

Stop and wait

매번 전송한 패킷에 대해 확인응답을 받아야만 그 다음 패킷을 전송하는 방법

(1 패킷을 보내면 1패킷을 받았다라는 응답이 제한된 시간안에 도착해야 그다음 2 패킷을 보내는 시스템)

Sliding Window

수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 확인응답 없이 세그먼트를 전송할 수 있게 하여 데이터 흐름을 동적으로 조절하는 제어 기법

 

슬라이딩 윈도는 아직 확인을 받지 않고도 여러 패킷을 보내는 것을 가능케 하기 때문에, 매번 전송한 패킷에 대해 확인을 받아야만 그 다음 패킷을 전송하는 방법(Stop and wait)을 사용하는 것보다 훨씬 네트워크를 효율적으로 사용할 수 있다.

 

SWS(send window size) - 윈도 크기

LAR(last acknowledgement received) -마지막으로 확인받은 패킷의 번호

LFR(last frame sent) -마지막으로 보낸 패킷의 번호

 

일정한 크기의 윈도우만큼의 패킷 정보를 수신자에게 보낸다. 이때 수신자로 부터 ack를 받게 되는데 ack는 어느 패킷까지 받았다는 신호이다. 그림에서는 ack2라는 신호를 보내줌으로서 송신자에게 3 부터 다시 보내면 된다는 것을 알려주고 있다.

 

고백 N 방식은 오류 복구 과정에서 오류가 발생한 프레임을 포함해 이후에 전송되는 모든 정보 프레임을 재전송하는 방식이다. 만약 10~14 번호의 프레임을 전송하였는데 12번에서 오류가 발생했다는 것을 수신 호스트가 알게 된다면 12번 이후의 13~14번까지의 모든 프

선택적 재전송 방식은 고백 N 방식을 보안한 방식이라고 할 수 있다. 수신 호스트가 올바르게 수신한 정보 프레임까지 버리게 되므로 이를 재전송 하지 않게 처리를 하도록 하는 방식이 선택적 재전송이다. 만약 앞의 경우와 같이 10~14번호의 프레임을 보냈는데 12번이 오류가 났다고 하자. 그러면 수신 호스트는 해당 11번까지의 긍정 응답과 12번의 부정 응답을 송신 호스트에 보내게 된다. 그러면 송신 호스트는 12번에 대한 프레임을 재전송한다. 그러면 수신 호스트는 14번까지 제대로 왔다는 긍정 응답을 송신 호스트에 보내게 된다. 그러면 송신 호스트는 13번부터 프레임을 보내는 것이 아니라 15번부터 새로운 프레임을 보내게 된다.

혼잡제어

네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지

신뢰성이 높은 전송

 

Dup Ack-based retransmission

 - 정상적인 상황에서는 ACK값이 연속적으로 전달되어야한다.

 - 그러나 ACK값이 중복으로 올 경우 패킷 이상을 감지하고 재전송을 요청한다.

 

TIimeout-based retransmission

 - 일정시간동안 ACK 값이 수신을 못할 경우 재전송을 요청한다.

 

전이중, 점대점 방식

 

전이중

 - 전송이 양방향으로 동시에 일어남

 

점대점

 - 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있다.