[네트워크] TCP, UDP

Updated: 2022-01-20 Categories: CS

TCP와 UDP 프로토콜에 대해 알아보자

TCP (Transmission Control Protocol)

Source Port : 출발지 포트번호
Destination Port : 목적지 포트번호
Sequence Number : byte 단위로 순서화되는 번호(TCP 세그먼트의 첫번째 byte에 부여됨)이며 이것을 통해 신뢰성(*3Way Handshake) 및 흐름제어- (sliding Window) 기능을 제공하게 됩니다.
Acknowledgment Number : 수신하기를 기대하는 다음 byte 번호 (마지막으로 수신에 성공한 번호의 +1)
Offset : 헤더 길이 필드이며 IPv4와 마찬가지로 나누기 4 계산 후 2진수로 작성됨
Reserved : 예약된 필드, 현재 사용되지 않음
Window : 자신의 수신 버퍼 여유용량 크기를 통보하여 얼마만큼의 데이터를 받을 수 있는지 상대방에게 알려주어 흐름제어를 수행하게 되는 필드
TCP Flags
- U (Urgent) : 긴급 비트, 내가 지금 보내는 데이터가 우선순위가 높음. Urgnet Pointer와 세트
- A (Ack) : 승인 비트, 물어본거에 대한 응답을 해줄 때 사용됨
- P (Push) : 밀어넣기 비트, TCP 버퍼가 일정한 크기만큼 쌓여야 하는데 이거 상관없이 데이터를 계속 밀어 넣겠다
- R (Reset) : 초기화 비트, 상대방과 연결이 되어있는 상태에서 어떤 문제 등이 발생하여 연결 상태를 리셋하게 됨
- S (Syn) : 동기화 비트, 상대방과 연결을 시작할때 무조건 사용되는 플레그
- F (Fin) : 종료 비트

클라이언트와 서버간 통신을 시작하기 위해 서로의 상태를 확인하는 절차
1. 클라이언트가 서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다. / SYN와 ACK 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태가 된다
2. 서버는 SYN 요청을 받고 요청을 수락하는 SYN과 ACK 패킷으로 응답한다. / 이때 서버는 클라이언트의 ACK 패킷 응답을 기다리는 SYN_RECEIVED 상태가 된다.
3. 클라이언트는 서버에게 ACK 패킷을 보내고 연결이 이루어진다. / 클라이언트와 서버는 ESTABLISHED 상태가 된다

클라이언트와 서버간 통신을 종료하기 위해 서로의 상태를 확인하는 절차
1. 클라이언트가 연결 종료를 알리는 FIN 패킷을 보낸다
2. 서버는 FIN 패캣을 받아 연결 종료를 감지하고 통신이 끝날때까지 TIME_WAIT 상태가 된다.
3. 서버에서 통신이 종료됨을 알리기 위해 클라이언트로 FIN 패킷을 보낸다.
4. 클라이언트에서 FIN 패킷을 받고 확인을 알리는 ACK 패킷을 보낸다.

송신측과 수신측의 데이터처리 속도 차이를 해결하기 위해 데이터 전송량을 제어하는 방법
- 송신측이 수신측보다 속도가 빠르면 패킷이 유실되는 문제가 발생함
stop and wait
- 패킷을 정상적으로 수신했다는 응답을 받은 후에만 패킷을 보내는 방식
sliding window
- 수신측에서 윈도우 크기를 정하고 윈도우 크기만큼 확인 응답없이 패킷을 전송하는 방식.
- 송신 버퍼 범위는 수신측의 여유 버퍼 공간을 반영하여 동적으로 변경됨

한 라우터에 데이터가 몰릴 경우 수신측에서 데이터 처리에 과부하가 발생하여 재전송이 빈번하게 일어남
이러한 네트워크의 혼잡을 피하기 위해 송신측의 데이터 전송속도를 제어하는 방식
AIMD(Additive Increase / Multiplicative Decrease)
- 패킷을 하나씩 보내면서 윈도우 크기를 1씩 증가시키다가 혼잡상태 발생시 윈도우를 절반으로 줄임
- 단점 : 초기 전송속도 증가가 더디고, 네트워크가 혼잡상태가 된 후에야 조치를 취한다
Slow Start
- 윈도우 크기를 지수적으로 증가시키다가 임계점에 도달하면 선형적으로 증가시키고, 혼잡상태 발생시 정책에 따라 윈도우 크기를 감소
- 혼잡제어 정책에 여러가지 요소가 사용됨
  - Threshold : 윈도우 크기가 지수적으로 증가하는 임계점
  - 3 ACK duplicate : ACK 패킷이 세번 중복될 경우 윈도우 크기 감소
  - Time out : 패킷 응답 제한 시간이 초과될 경우 윈도우 크기 감소
  - Fast Recovery (빠른회복) : 혼잡상태 발생후 윈도우 크기가 줄었을때 윈도우 크기를 빠르게 증가시키는 모드
  - Congestion avoidance (혼잡회피) : 임계치에 도달하면 윈도우 크기를 1씩 증가시킴