전송 제어 규약 (Transmission Control Protocol)
5 - 1) Transmission Control Protocol
- Connection-oriented service
- Pipelined transmission
- Full-duplex connection
sender 와 receiver가 지정되면 그 상태로 쭉 결정되는 것이 아니라 양쪽에서 서로 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미함.
Bi-directional connection
MSS
Segment 가 너무 크게 되면 하부레벨에서도 TCP 자체에서도 통신 간에 공평성이라든지 이런 것을 제공하기 어려워져서 연결을 수립할 때 segment의 최대 사이즈를 결정하게 됨.
이걸 Maximum Segment Size. MSS라고 함.
TCP segment 구조
다중화, 역다중화를 하기 위해 필요한 것이 포트 넘버
Data offset
udp length와 비슷하나, udp length는 헤더 길이 + 데이터 길이 이고, data offset은 데이터가 어디서부터 시작하는 지 알려주기만 함. 즉 header length랑 같음.
Res
reserve // 다음에 또 필요하면, TCP에 담을 정보가 있다면 여기에 담겨짐.
Sequence number
현재 segment가 담고 있는 데이터가 전체에서 어느 부분에 해당하는지를 가리킴.
Acknowledgement number
receiver가 다음에 받아야 되는 segment의 Sequence number을 전달함.
- Go-back-N과 비슷해 보일 수는 있지만 순서에 맞지 않게 도착한 패킷을 버리지 않고 버퍼에 보관한다는 의미에서 차이가 있다.
Window size
수신버퍼의 잔여 크기를 여기에 담아서 보내면 sender는 이보다 큰 데이터를 보내지 않는다. 보통 4kb 정도다.
flags
- URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN 이렇게 6개
- URG, PSH는 잘 사용하지 않고, ACK는 Acknowledgement에 유용한 값이 들어있는지를 나타내기 위한 flag이다.
- SYN
SYN flag는 connection-oriented인 TCP의 3-way handshake에 사용된다.
- FIN
연결을 끊고 싶을 때 사용됨. 주의할 점은 클라이언트가 연결을 끊었어도 서버에서는 클라이언트에게 줄 데이터가 남아있어 계속 연결하고 있을 수도 있다.
양쪽에서 모두 FIN flag를 1로 해서 보내야 양방향 통신이 종료된다.- RST
송신자가 특정 포트 번호를 호출했으나, 해당 포트가 없는 경우 다시 수정해서 보내라는 뜻으로 사용된다.
Timeout
* TimeoutInterval은 RTT보다는 길어야 함. * #### 위 방식대로 설정한 타임아웃이 길어서 Throughput이 낮아진다면? > --> 3 duplicate ACKs 메커니즘을 통해 이를 방지한다. >
>
5 - 2) Congestion Control
- Congestion
너무 많은 전송자가 너무 많은 데이터를 너무 빠르게 전송해서 네트워크가 감당하지 못하는 현상.
- flow control이랑 congestion control의 차이
Flow control은 송 수신자간의 관계에서 receive buffer를 알려주면 해결이 됐는데 congestion control은 네트워크를 공유하는 모든 node들이 서로 양보를 해야 함.
- End-to-end 방식과 network-assisted 방식이 있다.
- End-to-end
- 라우터가 관여하지 않고, 호스트들이 자기가 보낸 데이터가 얼마나 잘 도달하는 지를 관찰해서 네트워크 혼잡을 판단하고 맞는 동작을 취함.
- 대표적으로 TCP가 이 방식을 채택함.
- Network-assisted
- 여러 개의 src는 중간의 라우터를 거치게 되는데 이 라우터가 호스트들한테 혼잡도를 말하고 송수신하는 데이터 양을 줄이라고 하는 방식.
- 대표적으로 ATM기기가 이 방식을 채택함.
AIMD (Additive Increase Multiplicative Decrease)
- Congestion control 의 철학 AIMD
- Additive Increase
cwnd (congestion window) size를 문제가 없을 때는 천천히 1씩 증가 시키다가
- Multiplicative Decrease
혼잡을 감지했다면 절반으로 줄여버린다.
Slow Start
1MSS로 시작해서 이 segment에 대한 ack를 잘 받으면 이것을 두 배로 늘림.
Congestion Avoidance
congestion이 일어나기 전까지의 cwnd size의 절반을 Slow start threshold로 설정함.
5 - 3) TCP Congestion Control Algorithm
- 이 중에서 Standard로 지정된 4개를 알아보자.
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TCP Tahoe(1988)
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Slow start, congestion avoidance, fast retransmit
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congestion avoidance 때 congestion window를 1로 확 줄여버림. 그래서 throughput이 확 줄어듦
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timeout이랑 fast retransmit이랑 구별이 없었음.
SS : Slow Start, CA : Congestion Avoidance
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TCP Reno(1990)
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Congestion이 timeout만큼 심한 상황이 아니라는 것을 반영함.
3 duplicate ACK는 error가 발생한 특정 패킷을 제외하고 다음 패킷들은 여전히 잘 가고 있다는 뜻이기 때문.
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Timeout이 일어날 때는 cwnd size를 1로 줄이되, fast retransmit의 경우에는 cnwd size를 절반으로 줄임.
FR : Fast Recovery phase
Cwnd size를 반으로 줄이고 loss를 발견하기 까지의 non-duplicate ACK이외에 새로운 ACK를 받을 때까지 대기 하는 것.
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TCP NewReno(1999)
- network에서의 error는 개별적으로 발생하기 보다는 연속적으로 발생하는 경우가 많음
- 그러다 보니 기존 TCP Reno에서는 첫번째 error 때문에 1/2로 줄인걸 두번째 error때문에 또 1/2. 즉, 1/4로 줄이게 된다.
- 이를 막기 위해 TCP Reno의 FR 메커니즘을 개선한 것이 TCP NewReno다.
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TCP SACK(1996)
- SACK : Selective ACK
- SACK : Selective ACK
5 - 4) TCP vs UDP
Keyword
- 연결지향(connection-oriented)
송/수신기 사이의 물리적인 연결이 아닌 논리적인 연결을 의미하는 개념
- 핸드셰이크(handshake)
통신 관련 분야에서 둘 이상의 장치가 연결/단절을 위해 선행하는 약속된 협상 과정
- 최대 세그먼트 크기(Maximum Segment Size, MSS)
TCP가 세그먼트 한 개로 보낼 수 있는 최대 데이터 크기
- 전이중 통신(full-duplex)
송신과 수신이 동시에 가능한 통신 방식
- 혼잡 윈도우(congestion window)
송신측에서 ACK 수신 없이 연속적으로 전송할 수 있는 최대 데이터 양
- AIMD (Additive Increase and Multiplicative Decrease)
혼잡 윈도우(congestion window)를 증가시킬 때는 선형적으로, 감소시킬 때는 지수적으로 감소시키는 TCP 혼잡제어의 기본 원칙
