[TCP/IP] TCP 란

OOO·2023년 8월 27일

Network에 대해 공부하면서 TCP에 대해 정리해본다.

TCP

TCP (Transmission Control Protocol) 은 인터넷 프로토콜 스위트의 핵심 프로토콜 중 하나로, IP와 함께 TCP/IP 란 명칭으로 널리 불린다.

TCP는 근거리 통신망이나 인트라넷, 인터넷에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간의 일련의 옥텟 을 안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환 할 수 있게 한다.

TCP 는 OSI 7 계층 중 4 계층에 해당하며, 통신하고자 하는 양쪽 단말(EndPoint)이 준비 여부, 데이터의 정상 전송 여부, 데이터의 변질 여부 등을 점검한다.

이런 정보들은 TCP Header에 담겨 있으며, 신뢰성 보장과 흐름 제어, 혼잡 제어에 관리할 수 있는 요소들이 포함되어 있다.

💡 옥텟(octet) : 컴퓨팅에서 8개의 비트가 한데 모인 것으로 초기 컴퓨터들은 1바이트가 꼭 8비트만을 의미하지 않았었기 때문에 octet이 필요

Segment (세그먼트) 란 IP Header & TCP Header를 제외하고 TCP가 실을 수 있는 데이터의 크기를 말한다.

TCP 는 신뢰성 있는 통신을 위해 3-way-handshake 를 사용하여 통신을 진행한다.

순서
1. 송신자가 수신자에게 ‘SYN’ 을 날려 통신이 가능한지 확인한다.
2. 수신자가 송신자로부터 ‘SYN’ 을 받고 ‘SYN/ACK’를 송신자에게 날려 통신할 준비가 되었음을 알림.
3. 송신자가 수신자의 ‘SYN/ACK’를 받고 ‘ACK’를 날려 전송을 시작함을 알림

위 순서는 다음과 같은 그림으로 표현 가능하다.

TCP로 이루어지는 모든 통신은 반드시 3-way handshake 를 통해 시작한다.

💡 SYN : TCP 연결 설정 과정에서 사용되는 플래그로 데이터 통신을 시작하기 전 클라이언트와 서버 간 초기화를 수행하는데 사용된다.

💡ACK: 데이터 수신 확인을 나타내기 위한 플래그, 데이터의 신뢰성을 보장하기 위해 사용된다.

TCP 의 특징은 흐름제어 와 혼잡제어 이다.

TCP 의 흐름제어

흐름 제어는 송신자와 수신자 사이의 데이터 전송 속도를 조절하여 데이터 오버플로우(Overflow)나 손실을 방지하는 기술이다.
수신자는 송신자에게 자신이 처리할 수 있는 데이터 양을 알리기 위해 Window Size 라는 값과 함께 TCP Header의 ACK 패킷 에서 이 정보를 송신자에게 전달한다.
송신자는 이 Window Size 정보를 바탕으로 데이터를 보냅니다. Window Size 만큼의 데이터를 보낸 후에는 수신자의 ACK 를 기다리고, ACK 를 받으면 다음 데이터를 전송한다.
이를 통해 송신자와 수신자 사이에서 데이터의 효율적인 교환과 흐름 조절이 이루어진다.

💡 Window Size : 16비트 필드로 수신자가 처리할 수 있는 데이터의 양을 나타낸다. 이 값을 사용하여 송신자는 데이터의 전송 속도를 조절 가능하다.

💡Acknowledgment Number : 32비트 필드로 수신자가 다음에 기대하는 데이터의 시퀀스 번호를 나타낸다. 이 값은 수신자가 성공적으로 데이터를 받았다는 것을 송신자에게 알리는데 사용된다.

TCP의 혼잡제어

혼잡 제어는 네트워크 혼잡을 관리하고 네트워크 리소스를 효율적으로 활용하기 위한 기술이다.
네트워크에는 여러 경로와 장치가 있으며, 이들은 데이터 패킷을 처리하는 데 제한이 있고, 혼잡이 발생하면 네트워크 성능이 감소하거나 데이터 패킷이 손실될 가능성이 존재한다.
TCP의 혼잡 제어는 네트워크 혼잡을 감지하고, 혼잡이 발생하면 송신자는 데이터 전송 속도를 감소시키고, 혼잡이 해소되면 송신자는 전송 속도를 다시 증가시키는 방식으로 동작합니다. 이를 통해 혼잡을 관리하고 네트워크의 안정성을 유지한다.
혼잡 제어는 TCP Header의 CWR(Congestion Window Reduced)와 ECE(ECN-Echo) 플래그 등을 사용하여 구현됩니다. 또한, 송신자는 Round-Trip Time (RTT)을 측정하여 네트워크 상태를 파악하고, 혼잡 윈도우 크기를 동적으로 조절합니다.

💡 CWR(Congestion Window Reduced) : TCP 세그먼트 헤더에 포함되는 비트로 TCP 송신자에게 네트워크 혼잡이 발생했음을 알려주는 플래그이다. 혼잡을 감지하면 송신자는 데이터의 전송속도를 줄이는 조취를 취한다.

💡ECE(ECN-Echo) : ECE는 TCP 수신자에게 혼잡 관련 정보를 전달한다. 수신자가 ECE 플래그를 받으면 이 정보는 송신자에게 돌아가고 이를 토대로 혼잡 윈도우 크기를 조절한다.

💡RTT (Round-Trip-Time) : 네트워크에서 데이터 패킷이 한번 전송되고 그 응답이 돌아오는데 걸리는 시간을 나타낸다. RTT는 연결의 지연을 측정하고 네트워크 성능을 평가하는 지표 중 하나이다.