Flow Control(흐름 제어)
- 송신측과 수신측의 데이터 처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법
- Flow Control은 receiver가 packet을 지나치게 많이 받지 않도록 조절하는 것
- 기본 개념은 receiver가 sender에게 현재 자신의 상태를 feedback 한다는 점
패킷 전송 과정
- Application Layer : 송신측 Application Layer 가 소켓에 데이터를 입력
- Transport Layer : 데이터를 세그먼트로 감싸고 Network Layer 에 전달
- 수신측 노드로 세그먼트가 전송됨. 동시에 송신측의 Send Buffer 와 수신측의 Receive Buffer 각각에 데이터가 저장됨.
- 수신측 Application Layer 에서 준비가 되면, Receive Buffer 에 있는 데이터를 읽기 시작함
- 따라서, Receive Buffer 가 넘쳐나지 않도록 하는 것이 흐름 제어의 핵심!
→ 이를 위해 RWND(Receive Window, Receive Buffer 의 남은 공간) 을 송신측에 계속하여 피드백함
해결법
Stop-And-Wait
매번 전송한 패킷에 대한 확인 응답을 받아야만 그 다음 패킷을 전송하는 기법
Sliding Window
수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 패킷 각각에 대한 확인 응답없이 세그먼트를 전송하게 하고, 데이터 흐름을 동적으로 조절하는 기법
전송은 되었으나, ACK 을 받지 못한 Byte 크기를 파악하기 위해 사용 \
LastByteSent - LastByteAcked ≤ ReceiveWindowAvertised \
→ 마지막에 보낸 바이트 수 - 마지막에 확인된 바이트 수 ≤ 버퍼 남은 공간 \
(현재 이도저도 못하고 있는 패킷 수 ≤ 슬라이딩 윈도우 크기)
TCP/IP 를 사용하는 모든 호스트들은 송신 그리고 수신을 위한 2개의 Window 를 가지고 있다. 호스트들은 실제 데이터를 보내기 전에 3-Way Handshake 를 통해 연결 설정을 해줄 때 수신 호스트의 Receive Window 크기에 자신의 Send Window 크기를 맞춰 설정한다.
Congestion Control(혼잡제어)
송신측의 데이터 전달과 네트워크의 처리속도 차이를 해결하기 위한 기법이다.
특징
- 네트워크 혼잡을 피하기 위해 송신 측에서 보내는 데이터의 전송 속도를 제어하는 것
- 송신 측 데이터 전달과 네트워크 데이터 처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법
- 한 라우터에 데이터가 몰려서 모든 데이터를 처리할 수 없는 상황에 이르렀을 때, 호스트들은 계속해서 재전송을 하고 결과적으로 혼잡만 가중시켜 오버플로우나 데이터 손실이 발생한다.
해결법
AIMD(Addictive Increase Multiplicative Decrease)
특징
- 합 증가/ 곱 감소 알고리즘 이라고도 한다.
- 처음 패킷 하나를 보내 패킷이 문제없이 도착하면 CWND(Congestion Window, 혼잡 윈도우)를 1씩 증가시키면서 전송하는 방법
- 패킷 전송이 실패하거나 타임아웃이 발생하면 CWND를 1/2로 감소시킨다.
- 호스트가 하나의 네트워크를 공유하고 있으면 나중에 진입하는 쪽이 불리하지만 시간이 지날수록 평형 상태로 수렴한다
- 단점은, 초기 넓은 대역폭을 활용하지 못하고 미리 혼잡 상태를 감지하지 못하고 혼잡해지고 나서야 대역폭을 줄이는 방식이라는 점이다.
Slow Start
1. 기본 개념
- 전송 성공 시 ACK 패킷마다 cwnd를 1씩 증가시킨다. 즉, 한 주기가 끝나고 나면 cwnd는 2배배가 된다.
- 혼잡 현상이 발생하면 cwnd 를 1로 떨어뜨린다.
- 한번 혼잡 현상이 발생하고 나면 혼잡 현상이 발생했던 cwnd 의 절반까지는 이전처럼 증가시키다가 그 이후부터는 완만하게 1씩 증가시킨다.
- 즉, 임계 값(ssthresh, slow start threshold)을 절반으로 줄인다.
- 매 전송마다 2배씩 증가하기 때문에 데이터의 크기가 지수함수적으로 증가한다.
- 파악한 임계 값에 도달하기 전까지 2배씩 증가, 임계값 도달 시 혼잡 회피 단계로 넘어간다.
2. 혼잡 회피
- 윈도우 크기가 임계 값에 도달한 이후에는 데이터의 손실이 발생할 크기가 올라감
- 이를 회피하기 위해 cwnd 크기를 전송 시마다 1 씩 증가시킨다.
- 수신 측으로부터 일정 시간동안 ACK 를 받지 못하면, 타임 아웃이 발생해 cwnd 크기를 1로 줄인다.
- 동시에 임계 값을 패킷 손실이 발생했을 때의 cwnd 크기의 1/2로 줄인다.
3. 빠른 회복
- 혼잡한 상태가 되면 cwnd 를 1이 아니라 절반으로 줄이고 선형 증가 시키는 방법
- 빠른 회복 정책이 적용되면 이후엔 순수한 AIMD 방식으로 동작
4. 빠른 재전송
- 패킷을 받는 수신자 입장에서 세그먼트로 분할된 내용이 순서대로 도착하지 않는 경우가 있다.
- 수신 측에서 패 킷을 받을 때 먼저 올 패킷보다 다음 패킷이 먼저 도착해도 ACK 를 보냄
- 단, 이 때 순서대로 잘 도착한 패킷의 마지막 순번을 ACK 에 실어서 보냄
- 따라서 중간에 패킷이 손실되면 송신 측에서는 순번이 중복된 ACK 패킷을 받게 되는 것이다. 이것을 감지하면 문제가 되는 순번의 패킷을 재전송할 수 있다.
- 빠른 재전송은 중복된 순번의 패킷을 3개 받으면 재전송한다.
- 재전송하는 경우 혼잡 상태로 간주하고 혼잡 회피를 한다.
오류제어
오류인지
- 수신측에서 송신측으로 명시적으로 NAK 를 전송
- 전송한 패킷에 대한 ACK 가 오지 않거나 중복된 ACK 가 전송될 때!
해결법
Stop And Wait
하나보내고 ACK을 기다리면, 안오면 다시 주면 되니까 기본적으로 오류를 제어할 수 있다.
Go Back N
이렇게 중간 패킷이 사라지면 사라진 부분 부터 다시 보낸다.
당연히 이렇게 되면 생각할 것도 없지만, 보냈던것 다시 보내야하기 때문에 손해이다.
Selective Repeat
오류가 발생한 패킷만 다시 보내고, 수신측 버퍼에 정렬되지 않게 들어온다.
정렬이 필요하고 다른 버퍼가 또 필요하다는 단점이 있다.
흐름제어 vs 혼잡제어
흐름 제어
흐름 제어는 수신자가 처리할 수 있는 것보다 더 많은 데이터로 인해 부담을 느끼지 않도록 소스 장치에서 대상 장치로 데이터가 전송되는 속도를 관리하는 데 사용되는 메커니즘입니다. 일반적으로 프로토콜 스택의 전송 계층에서 구현되며 데이터가 소모될 수 있는 것보다 더 빨리 전송되어 버퍼 오버플로 및 데이터 손실을 방지하는 데 사용됩니다. 데이터 전송 속도를 동적으로 조정하기 위해 수신기의 피드백을 사용하는 슬라이딩 윈도우 프로토콜과 같은 메커니즘을 사용하여 흐름 제어를 구현할 수 있습니다.
혼잡 제어
혼잡 제어는 데이터가 네트워크를 통해 전송되는 속도를 조절하여 네트워크 혼잡을 방지하는 데 사용되는 메커니즘입니다. 일반적으로 프로토콜 스택의 네트워크 계층에서 구현되며 네트워크가 트래픽으로 과부하될 때 발생할 수 있는 패킷 손실을 방지하는 데 사용됩니다. 혼잡 제어 알고리즘은 네트워크에서 혼잡의 징후를 모니터링하고 그에 따라 전송 속도를 조정하여 혼잡을 유발하지 않고 최적의 네트워크 활용을 달성하는 것을 목표로 합니다
즉,
흐름 제어와 혼잡 제어는 네트워크에서 데이터 흐름을 조절하는 데 사용되는 두 가지 메커니즘입니다. 흐름 제어는 데이터 손실을 방지하기 위해 소스 장치와 대상 장치 간의 데이터 전송 속도를 조절하는 반면 혼잡 제어는 네트워크 정체 및 패킷 손실을 방지하기 위해 네트워크에서 데이터 전송 속도를 조절합니다.
+ Syn Flooding
네트워크의 TCP(전송 제어 프로토콜) 프로토콜을 대상으로 하는 서비스 거부(DoS) 공격 유형입니다. 이 공격은 적법한 요청에 대한 서버의 응답 능력을 압도하기 위해 대상 서버나 네트워크에 대량의 SYN 패킷을 전송함으로써 시작됩니다.\
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SYN 플러딩 공격은 필터링, 속도 제한 및 TCP SYN 쿠키와 같은 다양한 기술을 사용하여 완화할 수 있습니다. 방화벽과 같은 필터링 기술은 공격 트래픽을 차단할 수 있으며 속도 제한을 사용하여 단일 소스 IP 주소의 연결 요청 수를 제한할 수 있습니다. TCP SYN 쿠키는 클라이언트가 유효한 ACK 패킷을 보낼 때까지 메모리를 사용하지 않고 연결 요청을 처리하기 위해 일부 운영 체제에서 사용하는 기술입니다.
+ Silly Window Syndrome
송신 응용 프로그램이 TCP 수신 창 크기보다 작은 비효율적인 작은 세그먼트로 데이터를 보내는 상황을 설명하기 위해 만들어졌습니다. 이로 인해 불필요한 지연이 발생하고 네트워크 성능이 저하될 수 있습니다.
