4계층 프로토콜 TCP/UDP

• 2, 3 계층의 목적
  • 정확한 목적지를 찾기 위한 주소 제공
• 4계층의 목적
  • 단말 안에서 동작하는 여러 애플리케이션 프로세스 중 통신해야 할 목적지 프로세스를 정확히 찾아가고 패킷 순서가 바뀌지 않도록 조합해서 원래 데이터를 만드는 것
  • 패킷 분할과 조합을 위해 시퀀스 번호, ACK 번호 사용

TCP

• 신뢰할 수 없는 공용망에서도 정보유실이 없는 통신을 위해 안전하게 연결
• 데이터를 분할하고 분할된 패킷이 잘 전송되었는지 확인
• 패킷에 번호를 부여하고(시퀀스) 잘 전송되었는지에 대한 응답(ACK)을 함 (양방향 통신 가능)
• 한꺼번에 얼마나 보내야 수신자가 잘 처리할 수 있는지 전송 크기(window size) 고려해서 통신

패킷 순서(시퀀스), 응답 번호(ACK)

• 시퀀스 번호(SEQ)
  • 전송하는 데이터의 순서를 식별하기 위해 사용
  • TCP 연결이 설정된 후, 1바이트별로 시퀀스 번호 부여
• 응답 번호(ACK)
  • 수신 측에서 송신 측의 데이터 수신을 확인하기 위해 사용
  • 다음에 수신할 것이라고 예상되는 바이트의 시퀀스 번호
• 두 번호의 상호작용으로 패킷 순서와 손실 파악
  
• 송신측에서 패킷에 시퀀스 번호를 부여 후 보냄
• 수신측은 받은 패킷의 순서를 확인하고 맞으면 ACK 보냄
  • ACK은 현재 수신한 패킷의 다음 받아야 할 패킷의 시퀀스 번호
• 여기서 송신 측이 1번 패킷을 보내고 수신측이 잘 받았다면 다음 번호인 2번을 달라는 표시로 ACK 2 보냄

3방향 핸드셰이크

• TCP 통신 시작 전 데이터를 주고 받을 준비가 된 상태인지 확인하는 작업
• 3번의 패킷을 주고 받으며 통신 준비
• 상태 정보 명칭
  • 수신측(서버)
    • LISTEN : 클라이언트 접속 대기
    • SYN-RECEIVE : 클라이언트의 SYN 받은 상태, 클라이언트로 SYN, ACK 전송
    • ESTABLISHED : 클라이언트의 ACK 받은 상태
  • 송신측(클라이언트)
    • SYN-SENT : 통신을 시작하기 위해 SYN 보낸 상태
    • ESTABLISHED : 서버에서 SYN, ACK 받은 상태, ACK 서버로 전송, 연결 성공
  • 두 측 모두 ESTABLISHED 상태일 때 데이터 전송 가능
• 플래그
  • 기존 통신과 구분하기 위해 헤더에 플래그 값 넣어서 통신
  • 각 통신 경우에 해당하는 경우 해당 플래그 값 1로 표시
  • 핸드셰이크에서는 SYN, ACK만 주로 사용, 나머지는 데이터 전송이나 연결 종료에 사용
    
  • SYN : 연결 시작
  • ACK : 데이터 수신 확인
    핸드셰이크의 경우 초기 SYN 제외하고 모두 기존 메세지에 대한 응답이라서 ACK의 플래그 값 1
  • FIN : 통신 정상적으로 마친 후 연결 종료
  • RST : 연결 강제 종료를 위해 일방적으로 끊음
  • URG : 우선적으로 처리해야 하는 긴급 데이터
  • PSH : 데이터를 버퍼링 없이 즉시 전달

3방향 핸드셰이크 예시

통신 예시

• 송신자: A, 수신자: B로 지정

1. A에서 SEQ(시퀀스 번호) 0인 패킷 전송
2. B에서 0번을 잘 받았다는 표시로 다음 받아야 할 시퀀스 번호인 1로 ACK 전송
   이 때 시퀀스 번호는 B에서 처음 보내는 패킷이므로 0번
3. A는 B에서 요청한 ACK 1을 보고 SEQ 1과
   B에서 전송받은 SEQ 0을 잘 받았다는 표시로 다음 받아야 할 시퀀스 번호인 1로 ACK 전송

윈도 사이즈와 슬라이딩 윈도

• TCP는 일방적으로 패킷을 보내고 끝나는게 아니라 정상적으로 수신했는지 확인 후 다음 패킷을 전송
• 별도로 ACK 패킷을 받는 것 자체도 통신 시간을 늘리지만 거리가 멀어질 수록 왕복 지연시간(Round Trip Time, RTT)이 늘어남
• 한번에 보낼 때 패킷을 하나만 보내는 것이 아니라 여러 개를 보내고 응답을 하나만 받는 방식으로 통신
• 윈도 사이즈
  • 한번에 보내는 데이터 크기
  • 네트워크 상태를 고려해서 패킷 유실 가능성을 최소화 하는 적절한 송신량을 정해야 함
• 슬라이딩 윈도
  • 네트워크 상황에 따라 윈도 사이즈를 조절하는 것

TCP	UDP
연결 지향적 - 데이터 전송 전에 송신 측과 수신 측 간에 연결 설정 - 데이터 전송이 끝나면 연결 종료	비연결 지향적 - 연결 설정 X, 연결 종료 X, 데이터 목적지에 도착하는지 확인 X
신뢰성 - 데이터 전송 성공 여부 보장	비신뢰성 - 데이터 전송 성공 여부 보장 X
전송 속도 상대적 느림 - 요청에 대한 응답을 보냄 - SEQ, ACK 등 추가적인 정보가 헤더에 포함	전송 속도 상대적 빠름 - 요청에 대한 응답 X - 헤더 간단하고 크기 작음