컴퓨터 네트워크 스터디 (3)

Jaehyun Ahn·2024년 11월 20일

UDP

: TCP와 달리 연결 지향형이 아니고, 신뢰적인 데이터 전송을 보장하지 않는 프로토콜

체크섬을 통해 수신된 패킷의 오류 여부 정보만을 알 수 있습니다.
적은 오버헤드로 빠른 전송이 가능합니다. (TCP에 비해 기능이 별로 없기 때문에)
일정 전송 요구량이 있고, 조금의 데이터 손실을 허용하는 스트링 어플리케이션에 어울립니다.

UDP의 장단점

장점

비연결형 서비스이므로, TCP에 비해 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적습니다.
1:1, 1:N, N:N 통신이 가능합니다.

단점

데이터의 신뢰성이 없습니다.

UDP 체크섬

: UDP 세그먼트의 오류 검출을 위해 사용되는 것

전송후 대기 프로토콜

: 패킷을 전송하고 그 패킷에 대한 수신 확인 응답을 받고나서, 다음 패킷을 전송하는 프로토콜

네트워크 링크 이용률이 낮아 속도가 느리다는 단점이 있습니다.

파이프라인 프로토콜

: 전송한 패킷에 대한 수신 확인 응답을 받지 않고도, 여러 개의 패킷을 연속으로 전송하여 링크 이용률과 전송 속도를 높이는 프로토콜

TCP

: 인터넷에서 데이터를 안정적이고 신뢰성 있게 전송하기 위해 설계된 프로토콜

연결 지향 프로토콜 : 3 way handshake, 4 way handshake를 통해 송신자와 수신자 간 연결을 설정합니다
데이터의 신뢰성 보장 : 패킷 손실 복구, 데이터 순서 보장을 통해 데이터의 신뢰성을 보장합니다.
흐름 제어 및 혼잡 제어
- 흐름 제어 : 송신 측이 데이터를 너무 빠르게 보내 수신 측 버퍼가 넘치는 상황을 방지합니다.
- 혼잡 제어 : 네트워크 혼잡을 완화하기 위해 송신 속도를 조절합니다.

3 way handshake

: TCP 프로토콜에서 클라이언트와 서버 간에 신뢰할 수 있는 연결을 설정하기 위해 사용하는 과정

데이터를 전송하기 전에 서로의 상태를 확인하고 연결을 준비하는 단계
3단계로 이루어져 있으며, SYN, SYN-ACK, ACK 패킷을 주고 받습니다.
클라이언트 → 서버: SYN

1. SYN (Synchronize)

클라이언트는 서버에 연결 요청을 보냅니다.
요청에는 클라이언트의 초기 순서 번호 (Sequence Number)가 포함됩니다.

2. SYN-ACK (Synchronize-Acknowledge)

서버는 클라이언트의 요청을 수락하며, 동시에 자신의 초기 순서 번호를 포함한 연결 요청을 보냅니다.
클라이언트의 SYN 요청을 확인(Acknowledge)하면서, 자신의 SYN 요청을 전송합니다.
서버 → 클라이언트: SYN + ACK

3. ACK (Acknowledge)

클라이언트는 서버의 SYN-ACK 패킷을 확인하고 이에 대한 응답으로 ACK 패킷을 전송합니다.
해당 단계가 완료되면 클라이언트와 서버 간 연결이 설정됩니다.
클라이언트 → 서버: ACK

4 way handshake

: TCP 프로토콜에서 클라이언트와 서버 간에 연결을 종료하기 위해 사용하는 과정입니다.

1. FIN (Finish)

연결을 종료하고자 하는 쪽(ex.클라이언트)이 연결을 닫겠다는 신호로 FIN 패킷을 보냅니다.
클라이언트 → 서버: FIN

2. ACK (Acknowledge)

FIN 패킷을 받은 쪽(ex.서버)은 이를 확인했다는 응답으로 ACK 패킷을 보냅니다.
클라이언트의 데이터 전송이 종료되었음을 확인하지만, 서버는 여전히 데이터를 전송할 수 있습니다.
서버 → 클라이언트: ACK

3. FIN (Finish)

서버는 자신의 데이터 전송도 종료할 준비가 되면 FIN 패킷을 클라이언트로 보냅니다.
서버 → 클라이언트: FIN

4. ACK (Acknowledge)

클라이언트는 서버의 FIN 패킷을 확인하고, 마지막으로 ACK 패킷을 서버로 보냅니다.
해당 단계가 완료되면 연결이 완전히 종료됩니다.
클라이언트 → 서버: ACK

TCP 빠른 재전송

: 데이터 전송 중 패킷 손실이 발생했을 때, 송신 측이 빠르게 재전송하도록 돕는 TCP의 오류 복구 메커니즘

수신 측에서 중복 ACK를 발생시켜 패킷 손실을 파악할 수 있으며, 3개의 중복 ACK를 받으면 손실된 패킷을 재전송합니다.

혼잡 제어 (Congestion control)

: 네트워크 혼잡 상태를 완화하고 안정적인 데이터 전송을 보장하기 위한 메커니즘.

네트워크가 혼잡해질 경우 패킷 손실이나 지연이 발생할 수 있는데, TCP 혼잡 제어는 이를 방지하고, 네트워크 상태에 따라 송신 속도를 동적으로 조절 합니다.

TCP는 혼합 창(Congestion Window, cwnd) 크기를 조절하여 혼잡을 제어합니다.
1. 느린 시작 : 초기에는 작은 크기의 혼합 창으로 시작하여 크기를 지수적으로 증가(ex. 두 배씩)시킵니다. 혼잡 임계값에 도달하면 느린 시작을 종료하고 혼잡 회피 단계로 전환합니다.
2. 혼잡 회피 : 혼잡 임계값 이휴에는 혼합 창을 선형적으로 증가(ex. +1씩)시킵니다.
3. 혼잡 발생 : 패킷 손실(ACK 타임아웃, 중복 ACK 발생)을 감지하여, 혼합 창과 임계값을 감소시킵니다.
4. 빠른 복구 : 혼잡이 발생했을 때, 혼합 창을 완전히 초기화하지 않고 부분적으로 줄입니다. 중복 ACK가 발생했을 때, cwnd를 절반으로 줄이고, 혼잡 회피 단계를 유지하면서 패킷 손실을 복구합니다.

흐름 제어 (Flow control)

: 송신 측과 수신 측 간의 데이터 전송 속도를 동기화하여 수신 측의 버퍼 오버플로우를 방지하는 메커니즘.

송신 속도를 수신 측의 처리 능력에 맞게 조절함으로써 안정적이고 효율적인 데이터 전송을 보장합니다.

흐름 제어 기법에는 Sliding Window 기법이 있습니다.
1. 연결 설정 (3 way handshake) 시, 수신 측은 초기 윈도우 크기를 송신 측에 전달합니다.
2. 송신 측은 윈도우 크기 내에서 데이터 패킷을 전송합니다.
3. 송신 측은 수신 측에서 ACK를 받을 때마다 윈도우를 이동시키며, 새로운 데이터를 전송합니다. 수신 측은 ACK와 함께 남은 버퍼 크기를 알려줍니다. 송신 측은 이를 바탕으로 전송 속도를 조정합니다.
4. 수신 측이 처리 속도를 따라잡지 못하면 윈도우 크기를 줄여 송신 속도를 제한합니다. 반대로 수신 측이 데이터를 빠르게 처리하면 윈도우 크기를 늘려 더 많은 데이터를 한 번에 전송할 수 있도록 합니다.