TCP 전송 과정
TCP(Transmission Control Protocol)는 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 프로토콜로, 데이터를 안전하게 송·수신하는 여러 메커니즘을 포함하고 있다.
TCP는 연결이 성립된 후 다음과 같은 방식으로 데이터를 전송한다.
TCP 전송 과정 개요
TCP 데이터 전송은 크게 다섯 단계로 나눌 수 있따.
1. 연결 설정 (3-Way Handshake)
2. 데이터 분할 및 캡슐화
3. 전송 및 흐름 제어
4. 데이터 수신 및 확인 응답 (ACK)
5. 연결 종료 (4-Way Handshake)
TCP 데이터 전송 과정 상세 설명
연결 설정 (3-Way Handshake)
TCP는 데이터 전송 전에 연결을 설정해야 한다.
이 과정은 3-Way Handshake라고 하며, 클라이언트와 서버가 서로 SYN- SYN-ACK, ACK 패킷을 교환하면서 연결을 확립한다.
예시
- 클라이언트 → 서버:
SYN=1, SEQ=1000 - 서버 → 클라이언트:
SYN=1, ACK=1001, SEQ=2000 - 클라이언트 → 서버:
ACK=2001, SEQ=1001
이제 데이터를 주고받을 준비가 완료된다.
데이터 분할 및 캡슐화
애플리케이션 계층에서 생성된 데이터를 전송하기 전에 TCP는 이를 세그먼트(Segment) 단위로 나누고, 헤더를 추가하여 캡슐화한다.
TCP 헤더의 주요 필드
| 필드 | 설명 |
|---|---|
| 출발지/목적지 포트 번호 | 어떤 애플리케이션과 통신하는지 지정 |
| Sequence Number (SEQ) | 데이터의 순서를 나타냄 |
| Acknowledgement Number (ACK) | 받은 데이터에 대한 확인 응답 |
| 플래그 (SYN, ACK, FIN 등) | 연결 설정, 종료 등을 위한 제어 비트 |
| 윈도우 크기 (Window Size) | 흐름 제어를 위한 데이터 수신 가능 크기 |
이렇게 만들어진 TCP 세그먼트는 IP 패킷에 포함되어 전송된다.
전송 및 흐름 제어 (Flow Control)
TCP는 네트워크 상태에 따라 송신 속도를 조절하여 과부하를 방지한다. 이를 흐름 제어라고 한다.
흐름 제어 방식:
- 슬라이딩 윈도우 (Sliding Window):
- 수신자가 한 번에 받을 수 있는 데이터 크기(윈도우 크기)를 설정하여 송신자가 이를 초과하지 않도록 함.
- 윈도우 크기는 TCP 헤더의 Window Size 필드에 저장됨.
예
- 서버가 "윈도우 크기 = 4096 바이트"라고 알리면, 클라이언트는 4096 바이트까지만 전송 가능.
- 수신 확인(ACK)을 받으면 다음 데이터를 보냄.
데이터 수신 및 확인 응답 (ACK)
TCP는 데이터가 정상적으로 전달되었는지 확인하기 위해 ACK(Acknowledgement)를 사용한다.
ACK 방식
- 데이터가 수신되면, 수신자는 ACK 패킷을 송신하여 확인 응답.
- 예:
- 송신:
SEQ=1000, 데이터=500바이트 - 수신:
ACK=1500(1000 + 500, 다음에 받을 데이터 위치)
- 송신:
만약 패킷이 손실되거나 순서가 틀리면 재전송이 이루어진다.
연결 종료 (4-Way Handshake)
데이터 전송이 끝나면, TCP 연결을 해제하기 위해 4-Way Handshake가 수행된다.
과정
- 클라이언트 → 서버:
FIN(연결 종료 요청) - 서버 → 클라이언트:
ACK(요청 확인) - 서버 → 클라이언트:
FIN(서버도 연결 종료 요청) - 클라이언트 → 서버:
ACK(요청 확인, 연결 해제)
이후 일정 시간이 지나면 연결이 완전히 종료된다.
TCP의 신뢰성 보장 기능
TCP는 신뢰성을 보장하기 위해 다양한 기술을 사용한다.
오류 검출 및 재전송
- 송신된 데이터가 손상되거나 손실되면 재전송(TCP Retransmission) 수행.
- 타이머 기반 재전송: 일정 시간 내에 ACK를 받지 못하면 재전송.
- 중복 ACK 기반 재전송: 같은 ACK가 연속으로 오면 손실된 데이터로 판단하고 빠르게 전송.
혼잡 제어 (Congestion Control)
네트워크에 과부하가 발생하면 속도를 조절하여 네트워크 혼잡을 방지한다.
TCP 혼잡 제어 알고리즘
- Slow Start: 처음에는 작은 패킷만 전송하고 점진적으로 증가.
- Congestion Avoidance: 네트워크 상태를 분석하여 과부하 발생을 방지.
- Fast Retransmit & Fast Recovery: 패킷 손실 감지 시 빠르게 재전송.
정리
- TCP는 연결 지향 프로토콜로, 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.
- 3-Way Handshake로 연결을 설정하고, 4-Way Handshake로 종료한다.
- 흐름 제어, 오류 검출, 혼잡 제어를 통해 안정적인 데이터 전송을 보장한다.
- TCP는 신뢰성이 중요한 웹, 이메일, 파일 전송 등에 사용되며, 속도가 중요한 실시간 애플리케이션에서는 UDP가 사용된다.
