네트워킹 수업을 들을 때에도 관련 공부를 할 때에도 세그먼트니, 헤더니, tcp 헤더니,, 여러 용어들이 혼란스러워 힘들었고 늘 이런 불확실함으로 인해 100% 에 도달하지 못하고 97,98% 만 학습한 듯한 찝찝함이 남았었다,,!
때문에 이러한 세세한 부분도 가능한 정확히 이해하고 기초를 탄탄히 하는게 좋을 것 같아 이번 포스팅을 작성해 본다!
세그먼트 구조
결론부터 말하자면 TCP 세그먼트는 세그먼트 헤더와 실제 데이터로 구성되어 있다!
TCP SEGMENT = TCP 헤더 (세그먼트 헤더) + 데이터
TCP 프로토콜은 데이터 스트림으로부터 데이터를 받아들이고 이것을 일정 단위로 분할한 뒤 TCP 헤더를 덧붙여 TCP 세그먼트를 생성하고, 이렇게 만들어진 TCP 세그먼트는 IP 데이터 그램에 캡슐화 되어 상대방에게 보내지게 된다.
💡 IP 데이터그램이란?
IP에서 사용하는 패킷을 말한다, = IP PDU
💡 패킷이란?
컴퓨터 네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록이다
즉, 정리하자면
Segment = TCP 프로토콜 데이터 유닛 (PDU) 를 의미! & 데이터그램 = IP PDU 인 것이다!
TCP Segment 구조
위에서 설명한 TCP 세그먼트의 구조를 그림으로 살펴보자!
실제 보내려는 데이터는 보라색 Data 영역에 담겨지고
어디서 보내는지, 어디로 보내는지, 몇번째인지 등등의 정보들은 모두 하늘색 영역인 헤더 영역에 담겨지게 된다!
각 영역에 어떤 정보가 담기는지 보자면,
Source Port
- 송신포트
- 16 비트 할당되어 2의 16승까지 표현 가능
- 세그먼트를 보내는 송신측의 포트 번호 (로컬 포트)
Destination Port
- 수신포트
- 16 비트 할당되어 2의 16승까지 표현 가능
- 목적지 포트, 수신측의 포트 번호
Sequence Number
- 32 비트 할당, 송신 바이트 흐름의 위치를 가리킴
수신자는 쪼개진 세그먼트의 순서를 파악하여 올바른 순서로 데이터를 재조립 하게 된다. 송신자가 최초로 데이터를 전송할 때는 이 번호를 랜덤한 수로 초기화, 이후 자신이 보낼 데이터의 1byte 당 시퀀스 번호를 1씩 증가시켜 데이터의 순서를 표현한다
Acknowledgement Number
- 32 비트 할당
- ACK 플래그가 설정된 경우 acknowledgement number 필드 값은 수신자가 예상하는 다음 시퀀스 번호를 의미한다!
- 승인 번호는 다음에 보내줘야 하는 데이터의 시작점을 의미!
ex) 1MB 짜리 데이터를 100bytes 씩 보낼 때
송신자는 처음 100bytes 만큼만 데이터를 전송하면서 시퀀스 번호를 0으로 초기화한다. 시퀀스 번호는 1byte당 1씩 증가하기 때문에 100byte의 데이터를 전송하면 이 후 전송 받아야 할 시퀀스 번호는 100이 될 것이다!
Data OffSet
- 4 bit 할당
- 전체 세그먼트 중에서 헤더가 아닌 데이터가 시작되는 위치가 어디부터인지가 표시됨
- option 필드의 길이가 고정되어 있지 않기 때문에 필요한 필드!
data offset을 표기할 때는 32비트 워드 단위를 사용하며, 32비트 체계에서 1워드 = 4bytes를 의미하므로 data offset 필드의 값에 4를 곱하면 세그먼트에서 헤더를 제외한 실제 데이터의 시작 위치를 알 수 있게 된다!
4bit 가 할당되었으므로 표현할 수 있는 값의 범위는 0000~1111, 즉 0~15 word 이므로 기본적으로 0~ 60bytes의 오프셋까지 표현할 수 있다. 하지만 옵션 필드를 제외한 나머지 필드는 필수로 존재해야 하기 때문에 최소 값은 20bytes (5word)로 고정되어 있다!
Reserved
- 3 bit 할당
- 미래에 사용하기 위해 남겨둔 예비 필드
- 모두 0으로 채워져야 함
Flag
- 1 bit 씩 할당된 9개의 비트 플래그
- 이 플래그들은 현재 세그먼트의 속성을 나타냄
- 기존에는 6개의 플래그만을 사용했지만, 혼잡 제어 기능의 향상을 위해 reserved 필드를 사용해 NS, CWR, ECE 플래그가 추가
Window Size
- 한번에 전송할 수 있는 데이터의 양을 의미하는 값을 담음
- 2의 16승 만큼의 값 표현 가능
- 단위는 byte -> 윈도우의 최대 크기는 64byte
CheckSum
- 데이터 송신중에 발생할 수 있는 오류를 검출하기 위한 값
- 송신측이 보낸 데이터에 뭔가 변조가 있었음을 알 수 있음
TCP 의 체크섬은 전송할 데이터를 16 bits 씩 나누어 차례대로 더해가는 방법으로 생성
Urgent Pointer
- 긴급포인터
- UPG 플래그가 1이라면 수신측은 이 포인터가 가리키고 있는 데이터를 우선적으로 처리함
Options
- TCP의 기능을 확장할 때 사용하는 필드들
- 이 필드의 크기는 고정되어있지 않고 가변적
- 때문에 수신측이 어디까지가 헤더이고 어디서부터 데이터인지 알기 위해 데이터 오프셋 필드를 사용함
데이터 오프셋 필드는 20~60 bytes의 값을 표현할 수 있는데, 아무런 옵션도 사용하지 않은 헤더의 길이 (source port 부터 urgent pointer)가 20bytes 이고, 옵션을 모두 사용했을 때 옵션 필드의 최대 길이가 40bytes 이기 때문이다.
만약 데이터 오프셋 필드의 값이 5, 즉 20 bytes 보다 크지만 TCP 옵션을 하나도 사용하고 있지 않다면, 초과한 bytes 만큼 이 필드를 0으로 채워줘야 수신측이 헤더의 크기를 올바르게 측정할 수 있다.
이렇게 TCP 세그먼트의 구조와 각 영역의 역할에 대해 알아보았다!
매번 같은 내용이 아니라 자세한 설명이 담겨있는 포스팅을 찾아 다행이었다!
