🔍ABOUT TCP

앞서 네트워크 계층 모델인 OSI 7계층에 대해 살펴보았다.
이번엔 네트워크 계층중 4번째 계층인 '전송계층' 에 대해 살펴볼건데
우리가 많이 들어봤을법한 TCP , UDP 가 해당 계층에 속하는 대표적인 프로토콜이다.

OSI 7계층 모델에서 전송 계층 (Transport layer) 는
안정적인 전송로를 제공하며 데이터 전송 시 발생하는 오류를 감지한다.
오류가 확인되면 재전송을 요청하거나, 복구를 진행하게 되는데 이러한 신뢰성 있는 전송 절차는 TCP 를 기반으로 생긴 특징이다.

전송 계층에서의 데이터 단위는 세그먼트(Segment) 이며 ,
TCP , UDP 는 데이터를 여러개의 세그먼트로 나누어 순서 번호 , 수신측 주소 , 에러 검출 코드 를 추가하여 전송한다.
또한 하위계층에서 전달 받은 세그먼트를 원래의 메세지로 복구하는 과정을 수행하게 된다

TCP(Trancemission Control Protocol)

TCP는 Trancemission Control Protocol의 약자이다.

▶️ 송신측 TCP 는 데이터를 패킷으로 나누어 일련번호 , 수신 측 주소, 에러 검출 코드를 추가하여 전송한다

▶️ 수신측 도착 시 패킷을 순서대로 재조정하고 , 에러가 있는 경우 송신측에 재전송을 요청한다
이때 수신측의 인증이 필요하다

▶️ 이러한 특징으로 인해 안정적인 전송로를 제공하며 , 신뢰성 기반의 프로토콜 이라고 할 수 있다.

▶️ 바이트 스트림(Byte Stream) 서비스: TCP는 데이터를 연속된 바이트 스트림으로 취급한다. 애플리케이션이 전송한 데이터를 적절한 크기의 세그먼트로 나누어 전송하며, 수신측에서는 이를 다시 바이트 스트림으로 재구성한다.

▶️ 전이중(Full-duplex) 통신: 데이터가 양방향으로 동시에 전송될 수 있다. 즉, 양쪽 끝단에서 동시에 데이터를 주고받을 수 있다.

▶️ 연결 설정 및 해제: 3-way handshake를 통한 연결 설정과 4-way handshake를 통한 연결 종료 과정을 가진다.

▶️ 흐름 제어(Flow Control):

수신 버퍼의 오버플로우를 방지하기 위해 윈도우 크기를 조절(동적 변환)하여 송신자의 전송 속도를 제어한다(sliding windows) , 또한 수신 버퍼에 따라 송신을 제어하는 XON/XOFF 기법 을 제공한다 .

▶️ 혼잡 제어(Congestion Control):

네트워크의 혼잡 상태를 감지하고 데이터 전송 속도를 조절하는 기능이 있다. 슬로우 스타트, 혼잡 회피, 빠른 재전송, 빠른 회복 등의 알고리즘을 사용한다.

▶️ 순서 보장: 세그먼트에 일련번호(Sequence Number)를 부여하여 데이터가 순서대로 전달되도록 보장한다.

▶️ 오류 검출 및 복구: 체크섬(Checksum)을 통한 오류 검출과 재전송을 통한 오류 복구 메커니즘 Stop and Wait(데이터를 보내고 확인 응답을 기다린다) 을 제공한다.

위의 그림은 tcp 의 헤더에 관한 그림이다.

▶️플래그 비트란 ?
TCP 헤더의 플래그는 TCP 세그먼트의 특성과 목적을 나타내는 중요한 요소이다. 각 플래그는 1비트로 표현되며, 활성화 시 특정 기능이나 상태를 나타내게 된다.

3way handshake

TCP는 연결형(논리적 연결) 서비스 프로토콜이다.
3-way handshake 는 연결을 설정하는 과정으로, 클라이언트와 서버의 신뢰성있는 연결을 확립하기 위한 핵심 절차이다.

1. SYN(연결요청)

• 클라이언트가 서버에게 연결 요청을 보낸다
• 클라이언트는 SYN 플래그가 설정된 세그먼트(전송계층의 데이터 단위)를 전송한다
• 이 세그먼트에는 클라이언트의 초기 시퀀스 번호(ISN)가 포함된다

2. SYN-ACK (연결 요청 수락):

• 서버가 클라이언트의 연결 요청을 수락한다
• 서버는 SYN과 ACK 플래그가 모두 설정된 세그먼트를 전송한다
• 이 세그먼트에는 서버의 초기 시퀀스 번호와 클라이언트의 시퀀스 번호+1(확인응답)이 포함된다

3. ACK (연결 확립):

• 클라이언트가 서버의 응답을 확인한다
• 클라이언트는 ACK 플래그가 설정된 세그먼트를 전송한다
• 이 세그먼트에는 서버의 시퀀스 번호+1(확인응답)이 포함된다

이 과정을 통해 양방향 통신 채널이 설정되고, 두 호스트는 서로의 초기 시퀀스 번호를 인식하게 된다. 3-way handshake가 완료되면 데이터 전송이 시작될 수 있다.

4way handshake

4-way handshake는 TCP 연결을 종료하는 과정으로, 클라이언트와 서버 간의 연결을 안전하게 종료하기 위한 절차이다. 여기서는 FIN 플래그를 사용한다

👋FIN (finish) : 세션을 종료시키는데 사용되며, 더 이상 보낸 데이터가 없음을 나타낸다.

1. FIN (+ACK)(연결 종료 요청):

• 연결 종료를 원하는 측(클라이언트 또는 서버)이 FIN 플래그가 설정된 세그먼트를 전송한다
• 이 단계 이후 FIN을 보낸 측은 더 이상 데이터를 전송하지 않는다 (일방향 연결 종료)
  하지만 여전히 데이터를 수신할 수는 있다. 이때 연결을 반만 종료되게 된다 (Half-Close 기법)

2. ACK (종료 요청 확인):

• 상대방은 FIN에 대한 응답으로 ACK 플래그가 설정된 세그먼트를 전송한다
  이는 FIN을 수신했고 연결 종료 요청을 인식했음을 의미한다
• 이 단계 이후에도 상대방은 아직 데이터를 전송할 수 있다

3. FIN (상대방의 연결 종료):

• 데이터 전송을 마친 상대방도 FIN 플래그가 설정된 세그먼트를 보낸다
• 이제 상대방도 더 이상 데이터를 전송하지 않겠다는 의미이다
  이로써 양방향 데이터 전송이 모두 종료된다

4. ACK (종료 완료):

• 마지막으로 초기에 연결 종료를 요청한 측이 ACK를 보내 상대방의 FIN을 확인한다
• 이 ACK 이후 서버는 소켓을 종료하게 되고 , 일정 시간(TIME_WAIT) 동안 연결을 유지한 뒤 완전히 종료한다
• TIME_WAIT는 네트워크에 지연된 패킷이 있을 경우 처리하기 위한 시간이다. TIME_WAIT가 끝나면 클라이언트도 종료된다

4-way handshake는 TCP 연결의 안전한 종료를 보장하며, 양쪽 모두 모든 데이터 전송을 완료할 기회를 제공한다. 이 과정을 통해 데이터 손실 없이 깔끔한 연결 종료가 이루어진다.