13. TCP/IP [전송 계층 in detail]

13. TCP/IP [전송 계층 in detail]

출처 : 면접을 위한 CS전공지식 노트(책 / 강의)

 

전송 계층 (Transport)

응용 계층에서 받은 메세지를 세그먼트 또는 데이터그램을 통해서 데이터를 송신하는 것이다

• 세그먼트 : TCP
• 데이터그램 : UDP

데이터가 송신 될 때에는, 목적지에 도착한다는 보장이 없다 (중간에 오류가 발생할 수도 있다)

전송 계층에는 TCP와 UDP가 있다

 

TCP (Transmission Control Protocol)

가상회선 패킷 교환 방식

 

말 그대로 가상으로 회선을 만든 후, 그 경로대로 패킷을 순서대로 보낸다

 

TCP는 체크섬을 통해 오류를 검사하고, 데이터가 처음부터 끝까지 제대로 송신이 되었는지 확인을 한다

 

TCP를 통해 데이터를 전송 중, 측정 시간 동안 데이터가 수신자에게 도달을 안 할 경우, 다시 재전송을 한다

• 송수신 데이터는 같아야 한다

 

세그먼트 형태

중요!!!

세그먼트의 헤더는 20 ~ 60 바이트로 가변적이다

 

Source Port Address (송신자 포트 번호)

 

Destination Port Address (수신자 포트 번호)

 

Sequence Number

 

Acknowledgment number (ACK)

• 수신자 쪽에서 바이트 몇 번까지 잘 받았는지 송신자에게 전해주는 것

 

HLEN (Header Length)

• 헤더는 20바이트지만, 옵션까지 최대 60바이트까지 존재할 수 있다
• 그래서 헤더의 길이를 표시하는 필드가 필요하다

 

Control Field (제어 필드) - 어떤 세그먼트인 것을 나타내는 필드

이미지 빨간 부분

• URG (urgent) - 1비트

  • 해당 TCP 세그먼트를 우선적으로 보내야 한다는 필드
  • 해당 필드가 있으면, 빨리 보내야 한다는 것을 알 수 있음

• ACK (Acknowledge) - 1비트

  • 이 필드가 세트가 되면, Acknowledege number 필드가 의미를 갖게 된다

• PSH (Push) - 1비트

  • TCP에서는 버퍼링을 하는데, 버퍼링 없이 데이터를 보내라는 신호
  • 바로바로 데이터를 보내야 할 상황에서 사용된다

• RST (Reset) - 1비트

  • 연결을 재설정 해야 하는 것
  • 오랫동안 통신을 안 했을 경우 재설정을 해야 한다

• SYN - 1비트

  • 연결을 설정하는 필드

• FIN (Finish) - 1비트

  • 연결을 종료를 알리는 필드

Window Size

• 버퍼의 크기다
• 흐름 제어를 하기 위해, 수신자 쪽에서, 지금 비어있는 용량이 어느 정도인지 송신자에게 보낸다
• 이를 통해 송신자가, 얼마만큼 바이트를 보낼 수 있을지 알 수 있다

 

Checksum

• TCP는 무조건 검사가 필요하다
• 가상 헤더를 포함하여 계산을 한다
• 에러를 확인해야, 나중에 데이터를 재전송할 수 있다

 

Urgent Pointer

• URG 가 셋팅되면, 바이트 어디까지가 빠르게 보내져야하는 알려주는 필드
• 예시) urgent pointer가 100이면, 100바이트까지 긴급데이터라는 것을 의미한다

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TCP 연결 설정 / 해제

TCP 연결 설정은 Three-way handshake을 통해서 연결을 한다

TCP 연결 해제는 Three-way handshake 또는 Four-way handshake를 사용할 수 있다

 

연결 설정 : Three-way handshake

1. 클라이언트에서 연결을 하기 위해 SYN 세그먼트를 전송
2. 서버에서 1번을 잘 받았다는 것과, 클라이언트와의 연결을 위해 SYN와 ACK를 포함한 세그먼트를 전송
3. 클라이언트는 2번을 잘 받았다는 것을 ACK 세그먼트를 통해 서버에게 전달

이렇게 총 3번 왔다갔다 해서 Three-way handshake이라고 한다

 

연결 해제 : Three-way handshake

FIN을 의미하는 신호를 보낸다

FIN을 보낼 때에 바로바로 연결을 끊는

1. 클라이언트에서 FIN 세그먼트를 서버에게 전송한다
2. 서버는 1번을 잘 받았고, 연결을 끊기 위해서 ACK와 FIN이 포함되어 있는 세그먼트를 클라이언트에 전송한다
3. 클라이언트는 2번을 잘 받았다는 ACK 세그먼트를 서버에 보낸다

 

연결 해제 : Four-way handshake

서버에서 ACK와 FIN을 한번에 다 보내는 것이 아니다

ACK를 보내고, FIN을 보내기 전에 보낼 데이터들을 다 보낸다

1. 클라이언트에서 연결 해제를 위해 FIN을 보낸다
2. 서버는 1번을 잘 받았다는 의미로, ACK 세그먼트를 보낸다
3. 서버에서 클라이언트 쪽에, 보낼 데이터들을 다 보내면, 클라이언트 쪽에 FIN을 보내 연결을 해제한다
4. 클라이언트는 3번을 잘 받았다는 의미로 ACK 세그먼트를 서버에 보낸

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UDP (User Datagram Protocol)

데이터그램 패킷 교환 방식은 데이터의 패킷들이 독립적으로 최적의 경로를 통해 이동을 하는 것이다

즉 TCP와 달리, 순서대로 움직이지 않아, 순서가 다를 수 있다

UDP는 8바이트의 고정된 헤더를 가지고 있다

단순한 체크섬만 지원하여 오류검사를 한다

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TCP vs UDP

 

패킷 교환 방식

• TCP : 가상 회선 패킷 교환 방식
• UDP : 데이터그램 패킷 교환 방식

 

신뢰성

• TCP : 보장 됨
  • 3-웨이 핸드쉐이크를 통해 노드간의 연결 상태를 확인하고, 4웨이 핸드쉐이크를 통해 연결을 해제한다
  • 즉 연결 상태를 확인함으로써, 데이터를 송수신 할 수 있는 가능성이 높아진다
• UDP : 연결을 보장하지 않는다
  • 수신자와의 연결 상태 상관 없이, 그냥 데이터를 송신한다

 

오류검사

• TCP : 오류검사, 재전송
  • 체크섬을 통해 오류검사를 하고, 오류가 발생했을 시에는 데이터를 다시 수신자에게 보낸다
• UDP : 오류검사
  • 체크섬을 통해 오류검사를 하지만, 선택 사항이다

 

패킷의 순서보장

• TCP : 순서 보장
  • 가상의 회로를 설정하고, 그 경로대로 패킷을 순서대로 보낸다
• UDP : 순서를 보장하지 못 한다
  • 패킷들을 독립적으로 송신을 한다
  • 즉 순서 상관없이, 패킷들이 알아서 최적의 경로를 찾아 수신자로 전달된다

 

헤더 길이

• TCP : 20~60 바이트로 변화가 가능하다
• UDP : 8바이트로 고정된 헤더 길이를 가지고 있다

 

브로드캐스트 지원

• TCP : 지원 하지 않는다
• UDP : 지원 한다

 

속도

• TCP : 연결 상태를 확인해야 해서, 속도가 느리다
• UDP : 연결 상태 확인 없이 그냥 패킷을 전송하는 것이라서 빠르다