[CS] TCP UDP SCTP

보람찬하루·2024년 5월 11일

CS

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TCP

TCP(Transmission Control Protocol) : 전송 제어 프로토콜
- 특징
  - 가장 보편적
  - Process to Process
  - 가상 연결
  - non real time 서비스에 적합
  - 전이중 통신(버퍼)-피기배킹
  - 다중화/역다중화(분할Fragmentation/조립assemble)
- 목적 : 신뢰성
  - GBN+SR
  - 검사합(checksum)을 통한 오류검출
  - 재전송
  - Acknowledgement
  - 타이머
  - 노력 : (가상 연결, 재전송, 버퍼, 세그멘테이션, 넘버링)을 통한 오류/흐름제어
- 가상 연결(Virtual Connection) : 가상 경로를 통해 데이터 전송
  - 연결지향
  - Stream Delivery Service
  - 오류제어 흐름제어 가능
- 송수신 버퍼
  - 목적 : 생산과 소비 프로세스 간 속도의 불균형 처리
  - 특징 : 송신용 수신용 2개의 버퍼사용, a와 b 통신시 버퍼 4개 필요
- 세그먼트 : 다수의 바이트를 묶어 그룹화 ↔ Fragmentation
- Numbering System
  - 특징
    1. Byte No.사용
      
      : TCP연결 상태에서 전송되는 모든 데이터 바이트에 번호 부여
      
      각 방향에 독립적
      
      송신 버퍼에 저장시 TCP에 의해 부여, 임의로 생성된 번호로 시작
      
      0~ $2^{32}-1$
      
      시퀀스번호와 에크번호는 바이트 번호 참조
    2. Sequence No.
      
      : 바이트넘버 선정 후 세그먼트에게 순서 할당
      
      첫번째 세그먼트의 번호 : 임의번호 (ISN-초기 순서 번호)
      
      어떤 세그먼트의 순서번호 = 이전 S의 번호 + 이전 S가 운반된 바이트 수
      
      연결 설정,종료,중단을 위한 세그먼트느 1개 순서 번호 소비
    3. Acknowledgement No.
      : 상대방이 수신하기를 기대하는 다음 바이트 번호
      - 누적됨
- TCP 헤더
  - 구조 : source port, destnation port, sequence No, ack No, data offset(length), reserved, window size, tcp checksum, control bit, urgent pointer, options, 패딩
- 동작
  1. 연결 설정
    
    : 양쪽이 통신을 초기화하고 데이터를 전송하기 전 승인을 얻는 과정
    - 3 way handshaking
      
      SYN : 데이터 운반불가, 순서번호(Seq No) 1개 소비
      
      SYN+ACK : 데이터 운반 불가. 순서번호 1개 소비
      
      ACK : 데이터 운반가능, 운반x 순서번호 소비 x
    - SYN 플로딩 공격 : D-DOS 공격의 일종, 대량의 SYN 세그먼트 서버에 송신하여 시스텀 붕괴
  2. 데이터 전송
    - PSH : 송신 TCP 윈도우가 채워지는 것을 기다려서는 안됨>>바로전송
    - URG : urgent data에 대해 선택사항, 처리방법은 응용 프로그램이 결정
  3. 연결 종료
    
    : 서버 or 클라이언트가 연결종료
    - 3 way handshaking(일반적)
      
      FIN : 데이터 운반 불가. 순서번호(Seq No) 1개 소비
      
      FIN+ACK : 데이터 운반 가능, 운반x 순서번호 1개 소비
      
      ACK : 데이터 운반 불가, 순서번호 소비x
    - half-close : 4 way handshaking
      
      데이터를 받고 있는 도중 한쪽에서 데이터 전송 중단
      
      FIN+ACK: 데이터 운반 불가, 순서번호 1개 소비
      
      서버가 처리된 모든 데이터를 보내면 FIN,ACK 송수신 및 최종 종료
  4. 연결 재설정(리셋)
    
    : 한 종단의 Tcp가 연결 요구 거부,중지,유휴연결
    - RST flag
TCP window
- 양방향 통신에선 4개 필요(송신2, 수신2)
- 송신 window
  - vs SR protocol
    SR protocol 송신 window
    제어변수 패킷 번호 바이트번호(tcp)
    타이머개수 전송 패킷마다 각각 1개
  - shrink & open & close 존재이유 : 수신 윈도우 크기에 맞춰 조절하기 위해서
- 수신 window
  - vs SR protocol
    SR protocol 송신 window
    수신윈도우 2^(m-1) ≤ 버퍼크기
    확인 응답 방식 선택적 방식 누적 확인응답 방식 ≒ GBN
    새로운 TCP : 누적 선택적 확인응답 방식 모두 사용
  - 축소 xx
Flow Control : 생산자의 데이터 생성과 소비자의 데이터 소비의 속도의 균형을 맞추는 것
- push & pull로 처리
- 문제점
  - Silly Window Syndrome : 비효율적 데이터 전송
    - 원인 (>> 여러개씩 할 수 있는데 1개씩 처리)
      1. 전송측에서 데이터를 천천히 발생
      2. 수신측에서 데이터를 천천히 소비
    - 해결방안 송신측 : Nagle’s algorithm 수신측 : Clark’s solution, delayed acknowledgement
    - Nagle’s algorithm
      - 해결요인 : 비효율적 데이터 전송과 지연 문제 해결
      - 특징 :
    - Clark’s solution
      - 데이터 도착하자마자 확인응답 0으로 전송
    - Delayed acknowledgement
      - 세그먼트가 도착하더라도 즉시 ack 보내지 않고 버퍼에 충분한 공간이 생길때까지 응답 보류
Error Control
- 신뢰성 제공 : 훼손 세그먼트 감지 및 재전송
- 방법
  1. CheckSum
  2. Ack
  3. Time out : 만료시 재전송
  4. Retransmission : 오류제어 메커니즘 핵심
    - 동작 : 재전송 타이머 만료시, 첫번째 세그먼트에 대한 3개의 중복 ACK 수산
    - RTO
    - Fast retransmission
- 교착상태 : 확인응답의 손실로 인해 발생 ACK의 ACK가 없어서
  - 해결방법 : Persistence Timer
Congestion Control
- 혼잡 = time-out & 3개의 중복 ack 수신한 상태
- 실제 윈도우 크기 = rwnd(수신윈도우사이즈)랑 cwnd(혼잡윈도우사이즈) 중 작은 값
- 해결방법
  1. Slow start algorithm
    
    : 임계값(slow start threshold)까지 지수적 증가
  2. Congestion avoidance algorithm
    
    : 임계값(slow start threshold)까지는 $2^n$ , 이후 +1+1+1-1이런식(봐가면서)
Timer
1. Retransmission timer : 한 세그먼트에 대한 확인 응답을 기다리는 시간
2. Persistemce timer
  - 교착 상태 해결 타이머
  - 구동 조건 : 윈도우 크기 0을 갖는 ack 수신
  - Probe Packet 사용
3. Keep alive timer : 연결이 오랜기간동안 휴지상태에 있는것을 방지
  - 전송할 데이터 없을 때 사용
  - 얘만 서버에서 동작
  - 응답 미수신시 클라이언트 다운으로 간주 >> 종료
4. Timer wait timer : 연결 종료 동안 사용
  - 값 : MSL(세그먼트가 버려지기 전에 네트워크가 존재할 수 있는 시간)x2

	SR protocol	송신 window
제어변수	패킷 번호	바이트번호(tcp)
타이머개수	전송 패킷마다 각각	1개

	SR protocol	송신 window
수신윈도우	2^(m-1)	≤ 버퍼크기
확인 응답 방식	선택적 방식	누적 확인응답 방식 ≒ GBN

UDP

UDP(User Datagram Protocol) : 사용자 데이터그램 프로토콜
특징
- Process to Process
- Real time service : voice, video
- Connectionless service : 연결/종료과정 없음
- 비신뢰성
- 캡슐화
- 다중화 / 역다중화
- 제어
- 오류제어 - Checksum만함
- 혼잡제어 x
- 흐름제어 x window x 수신측 : 오버플로 발생가능
- vs simple protocol
- checksum : 오류가 있으면 feddback 없이 폐기
- overflow : 심플 - 버퍼 오버플로 발생 x , udp - 수신측 오버플로 발생 가능
장점
- 최소한의 오버헤드
- 단순함
- 서버로 짧은 요구를 전송하고 짧은 응답을 수신하는 경우 유용
구조
- 헤더 : 8byte
  - Source Port No, Destination Port No, total length, CheckSum
- data
데이터 전송단위 : 데이터그램

SCTP

SCTP(Stream Control TRansmission Protocol) : 스트림 제어 전송 프로토콜
특징
- Multimedia Communication
- Udp +Tcp
- Process to Process
- 전이중 통신
- 연결지향 서비스 - sctp에서의 연결 : 결합(association)
- 신뢰성 - ACK
데이터 전송단위 : chunk

TCP UDP SCTP
데이터 전송 단위 세그먼트 데이터그램 Chunk
Multimedia Communication : 다중 스트림 서비스를 각 연결에 허용
Multihomming : 종단간 다수의 ip 주소 정의 가능
- 하는 이유 : 하나의 경로 실패 시 다른 경로를 통해 전송
식별자
- TSN : 전송 순서 번호 ≒ TCP sequence No (32bit)
- 데이터 단위 : Chunk(vs TCP : byte)
- SI : 스트림 식별자 (16bit)
- SSN : 스트림 순서번호
ACK
- chunk지향적 TSN참조
- data chunk : sack에 의해 확인응답 가능
- control chunk : 제어정보 운반 TSN 필요 x 순서번호, 확인응답 번호 필요 x
- init 제어청크 >> init ACK 청크로 확인응답
패킷 구성
- header : Source Port No, Destination Port No, Checksum
- control chunks
- data chunks
SCTP association : 연결 지향 프로토콜 ( 멀티홈잉 강조를위해 association지칭)
- Assotication dstalishment
  - 4 way handshake (vs TCP : 3way handshake)
  - VT(Verification Tag) : assotication별 할당하며 세션 식별자로 활용
  - 쿠키 : 세션에 대한 사용자 인증 기능 제공
- Data transmission
  - 피기배킹 지원
  - data Chunk : TSN 사용, SACK 청크에 의해 확인응답
  - 멀티홈잉 데이터 전송
  - 멀티스트림 전달
  - 단편화 - Maximum Transfer Unit
- Assotication termination
  - 클라이언트 서버 모두 active close 가능
  - half-close 허용 x : tcp와의 차이
  - Shutdown ACK
Flow Control
- 단위
  - rwnd/ cwnd : 바이트단위
  - TSN / ACK No : Chunk
- 수신측 :1개의 버퍼와 3가지 변수 유지
  - cunTSN : 수신된 마지막 TSN
  - winSize : 이용가능한 버퍼 크기
  - lastAVK : 마지막 누적된 확인응답
- 송신측:1개의 버퍼와 3가지 변수 유지
  - curTSN : 송신이 되는 다음 청크
  - rwnd: 수신기에 의해 공개된 마지막 값
  - inTransit: 확인 응답 되지 않은 바이트 수
Error Control
- 수신측 : sack 송신
- 송신측 : sack 수신, timer
- 데이터 청크 송신
  - 재전송(이발생하는 상황, 손실로 간주되는 상황) : 재전송 타이머 만료 sack4번 수신
- sack 청크 생성
- vs TCP : ack, timer checksum
Congestion Control : tcp와 동일

	TCP	UDP	SCTP
데이터 전송 단위	세그먼트	데이터그램	Chunk

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