질문
1. 네트워크 통신을 위한 TCP/IP 프로토콜의 자체적인 문제점을 기술하시오.
2. TCP 통신에서 다음 기능을 설명하시오:
(가) Listen
(나) Accept
(다) Slow-start 단계
답변
1. TCP/IP 프로토콜의 자체적인 문제점
TCP/IP는 현재 가장 널리 사용되는 네트워크 프로토콜이지만, 몇 가지 고유한 문제점이 존재합니다.
1.1. 네트워크 혼잡 문제
- TCP는 혼잡 제어를 위해 Slow-start, Congestion Avoidance 등을 사용하지만, 급격한 트래픽 증가 시 효율적인 대처가 어려움.
- 특히 대역폭이 높은 네트워크 환경에서는 TCP의 성능이 제한적임.
1.2. 헤더 오버헤드
- TCP/IP는 각 계층마다 헤더를 추가하므로, 작은 크기의 데이터 전송 시 오버헤드가 큼.
- 특히 IoT(Internet of Things)와 같은 환경에서는 비효율적.
1.3. 순차적 데이터 전송의 한계
- TCP는 데이터의 순서 보장을 위해 항상 확인 응답(ACK)을 기다리므로 고속 네트워크에서 대기 시간이 길어질 수 있음.
1.4. UDP와의 비효율적 통합
- TCP는 신뢰성을 보장하지만, 실시간 애플리케이션(예: 스트리밍)에서는 속도가 더 중요한 경우가 있음.
- TCP와 UDP 간의 조정 부족으로 적합한 프로토콜 선택이 어려움.
1.5. 보안 문제
- TCP/IP는 설계 초기부터 보안을 고려하지 않았기 때문에, IP 스푸핑이나 TCP 세션 하이재킹 같은 공격에 취약.
- 추가적인 암호화 프로토콜(예: TLS)이 필요함.
2. TCP 통신의 주요 기능 설명
(가) Listen
-
개념:
Listen은 TCP 서버 소켓이 연결 요청을 대기하는 상태를 설정하는 기능입니다.
즉, 클라이언트의 연결 요청을 기다리기 위해 소켓을 준비시키는 단계입니다. -
작동 원리:
- 서버는
socket()함수를 통해 소켓을 생성합니다. bind()함수를 사용하여 서버의 IP와 포트를 소켓에 할당합니다.listen()함수를 호출하여 소켓을 연결 대기 상태로 전환합니다.- 이후 클라이언트의 연결 요청이 들어오면 Accept 단계로 전환됩니다.
- 서버는
-
특징:
- 대기열 크기는
backlog값으로 설정되며, 초과된 요청은 거절됩니다. - Listen 상태에서 소켓은 수동 모드(Passive Mode)로 동작합니다.
- 대기열 크기는
(나) Accept
-
개념:
Accept는 클라이언트의 연결 요청을 승인하여, 클라이언트와 서버 간의 연결을 생성하는 기능입니다. -
작동 원리:
- 클라이언트는 서버의 IP와 포트에 연결 요청을 전송합니다.
- 서버의 Listen 소켓은 이 요청을 감지하고,
accept()함수로 처리합니다. - Accept 호출 시 새 소켓이 생성되며, 클라이언트와의 통신에 사용됩니다.
-
특징:
- Accept 단계에서 연결은 3-way Handshake를 통해 확립됩니다.
- 서버는 기존 Listen 소켓을 유지하면서 새로운 소켓을 통해 클라이언트와 데이터 교환을 수행합니다.
(다) Slow-start 단계
-
개념:
Slow-start는 TCP의 혼잡 제어 알고리즘 중 하나로, 네트워크 초기 연결 시 데이터 전송 속도를 점진적으로 증가시키는 단계입니다. -
작동 원리:
-
초기 CWND 설정:
- CWND(Congestion Window)는 작은 값(일반적으로 1 MSS)으로 초기화됩니다.
-
지수적 증가:
- 송신 측은 ACK를 받을 때마다 CWND를 두 배로 증가시킵니다.
- 이 과정은 네트워크의 혼잡 상태를 탐색하기 위함입니다.
-
전환 시점:
- CWND가 SSTHRESH(Slow-start Threshold) 값에 도달하면 Slow-start 단계가 종료되고, 혼잡 회피(Congestion Avoidance) 단계로 전환됩니다.
-
-
특징:
- 네트워크 대역폭의 적절한 활용을 보장.
- 초기에 대량의 데이터가 전송될 경우 발생할 수 있는 혼잡을 방지.
- 패킷 손실 발생 시 SSTHRESH를 재조정하고 Slow-start 단계로 복귀.
결론
TCP/IP는 효율적이고 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하지만, 현대 네트워크의 요구사항에 맞추어 혼잡 제어, 보안, 지연 시간 최적화와 같은 개선이 필요합니다. TCP의 Listen, Accept, Slow-start 기능은 각각 연결 관리와 네트워크 상태를 고려한 전송 최적화에 중요한 역할을 수행하며, 이를 적절히 이해하고 활용하는 것이 안정적인 네트워크 설계의 핵심입니다.
