[네트워크] TCP란? | TCP의 특징 | TCP RDT | tcp 3way handshake

TCP란? 

TCP(Transmission Control Protocol)는 애플리케이션에서 보낸 데이터를 신뢰성 있게 수신 측에 전송을 보장하는 프로토콜이다. 다음과 같은 특징들을 가진다.

 

• point-to-point : 하나의 송신 측과 하나의 수신 측이 통신하는 1:1 통신이다.
• reliable : 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장한다.
• pipelined : TCP 흐름 제어와 혼잡 제어가 window size를 설정한다.
• full duplex(전이중 통신) : 쌍방향 통신이 가능하다. 즉 데이터를 주고받을 수 있다.
• connection-oriented : 연결 지향적이다. 송신 측과 수신 측이 데이터를 교환하기 전에 handshaking을 한다.
• flow control : 흐름 제어를 한다.
• congestion control : 혼잡 제어를 한다.

조금 더 자세한 내용은 아래에서 확인하자. 

 

참고로 pipelined에 대해 더 알고 싶다면 아래 포스팅을 참고하자.

 

 

[네트워크] pipelined protocols(Go-Back-N, Selective Repeat)이란? | selective repeat 딜레마(dilemma)

 

 

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TCP RDT(Reliable Data Transfer)

RDT는 신뢰성 있는 데이터의 전송을 의미한다. RDT에 대해 잘 모른다면 다음을 참고하자.

[네트워크] Reliable Data Transfer - rdt 1.0/2.0/2.1/2.2/3.0 | RDT란? | FSM 이란?

TCP는 다음과 같은 항목들을 이용하여 RDT를 구현한다.

• pipelined segments
• cumulative acks
• single retransmission timer

또한 데이터의 재전송은 다음을 통해 이루어진다.

• timeout events (timeout 발생 시)
• duplicate acks ( 중복 ACKs )

이제 TCP의 데이터 재전송 시나리오를 살펴보자. 간단하게 하기 위해 duplicate acks와 흐름 제어, 복잡 제어는 없다고 가정한다.

 

 

lost ACK scenario

 

 

가장 간단한 예로, 데이터 교환 도중 ACK이 손실됐을 때의 시나리오다.

• Host A가 데이터를 보내면 timer가 시작된다.
• Host B는 데이터를 잘 받았고 ACK 신호를 보낸다. 해당 ACK은 전송 도중 손실된다.
• timer가 timeout 되면 해당 데이터를 재전송(retransmission)한다.  

  

 

데이터 교환 도중, ACK 신호가 timeout 되고 나서 도착하는 경우의 시나리오다.

• Host A는 seq number 가 92인 8byte 데이터를 보냈다.
• Host B는 데이터를 성공적으로 수신해 ACK 100 신호를 보냈다.
• 그러나 ACK 100 신호가 오기 전에 timer가 timeout 되어 seq number 92인 데이터를 재전송했다. 

 

위와 같은 경우에는 데이터가 문제없이 도착했고 ACK 신호도 손실 없이 전송됐지만 데이터를 재전송을 하게 되는 경우이다. 이 같은 문제는 timer의 timeout 시간을 너무 짧게 설정했기 때문에 발생한다. 따라서 적절한 timeout을 설정하는 것이 중요하다. 

 

 

cumulative ACK

 

 

ACK 하나가 중간에 손실되고 가장 최근의 ACK은 문제없이 전송됐을 때의 시나리오다.

• Host A는 seq 92와 seq 100 데이터를 보냈다.
• Host B는 두 데이터 모두 성공적으로 수신했고 ACK 100과 ACK 120을 보냈다.
• ACK 100은 전송 도중 손실됐고, ACK 120은 문제없이 전송됐다.
• Host A는 ACK 100 신호가 오지 않았지만 ACK 120을 수신했으므로 seq 120 데이터를 보낸다.
• seq 92 데이터에 대한 timer가 timeout 되어도 데이터를 재전송하지 않는다.
• ACK 120을 받은 것으로 그 전 데이터도 문제없이 전송됐다는 사실을 알 수 있기 때문이다. 

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TCP 3-way handshake

데이터를 교환하기 전에 서로 연결을 establish 하는 것에 동의하는 것을 "handshake"라고 한다. 

 

 

2-way-handshake

 

 

위 그림은 2-way-handshake를 나타낸 모습이다. 클라이언트가 서버에게 연결을 요청(req_conn(x))하면 서버에서 이를 받아들이고 연결을 만들고(ESTAB) 연결을 받아들인다는 신호를 클라이언트에게 보낸다(acc_conn(x)). 그럼 클라이언트에서도 연결을 만든다(ESTAB).

 

2-way-handshake는 다음과 같은 문제들로 인해 오류가 발생할 수 있다. 

• variable delays
• retransmitted messages due to message loss
• message reordering
• can`t see other side

2-way-handshake가 실패하는 한 가지 사례만 알아보자.

 

 

half-open connection

 

 

위 그림과 같이 acc_conn(x)가 오기 전에 req_conn(x)를 재전송하게 되는 경우에는 서버만 ESTAB 되고 클라이언트는 ESTAB 되지 않는 half-open connection 문제가 발생할 수 있다.

 

이러한 문제점을 해결할 수 있는 방식이 3-way-handshake이다.

 

3-way-handshake

 

 

3-way-handshake는 다음과 같은 과정을 거친다.

 

[step 1]

• 클라이언트가 서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다.
• 클라이언트는 SYN을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYNSENT 상태, 서버는 LISTEN 상태다.

[step 2]

• 서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK와 SYN 패킷을 보낸다.
• 서버는 ACK을 기다리고 SYN RCVD 상태가 된다.

[step 3]

• 클라이언트는 ACK과 SYN 패킷을 받고 연결이 ESTAB 된다.
• 클라이언트는 SYN/ACK을 잘 받았으므로 ACK을 보낸다.
• 서버는 ACK을 받고 연결을 ESTAB 한다. 

출처: https://code-lab1.tistory.com/28?category=1213004 [코드 연구소:티스토리]