RDT(Reliable Data Transfer) 복습

지난 시간에 학습한 RDT의 주요 특징들:

1. Cumulative ACK
   • 특정 시퀀스 번호까지의 모든 데이터가 성공적으로 전달되었음을 확인하는 방식
2. Fast Retransmit
   • 타이머 만료 전에 동일한 ACK가 3개 연속으로 도착하면 (총 4개) 해당 세그먼트가 유실되었다고 판단
   • 즉시 재전송을 수행
3. 동적 타임아웃 설정
   • 통신 상황에 따라 타이머 값을 동적으로 조정
4. 흐름 제어(Flow Control)
   • 수신자의 처리 능력에 맞춰 송신 속도를 조절하는 메커니즘

여기서 복습
TCP는 운영체제 커널에 구현되어 있으며, 소켓 API를 통해 프로세스가 TCP 서비스를 이용할 수 있다. 네트워크 각 계층은 상위 계층에게 서비스를 제공하는 구조를 가진다.

흐름 제어(Flow Control)

기본 동작 원리

TCP에서 수신된 데이터를 상위 프로세스로 전달하는 시점은 전적으로 프로세스의 결정에 달려 있다. 프로세스가 read() 시스템 콜을 호출해야만 TCP 수신 버퍼의 데이터가 애플리케이션 계층으로 전달된다.

만약 프로세스가 read() 호출을 자주 하지 않으면:

• 수신 버퍼에 데이터가 지속적으로 축적
• 버퍼 포화 시 추가 세그먼트 유실 위험 발생

수신 윈도우(Receive Window)

수신자는 자신의 수신 버퍼 여유 공간 정보를 송신자에게 전달한다. 이것이 수신 윈도우이며, TCP 헤더의 Window 필드에 포함된다.

송신자는 수신 윈도우 크기 이내에서만 데이터를 전송하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지한다.

핵심: 윈도우 크기는 수신자에 의해 결정되며, 이는 시퀀스 번호가 송신자에 의해 결정되는 것과 대조적이다.

데드락 상황과 해결책

TCP 세그먼트 전송 조건

TCP 세그먼트가 전송되는 경우:

1. 프로세스의 write() 호출로 인한 데이터 전송
2. 수신한 세그먼트에 대한 ACK 응답 전송

데드락 시나리오

상황: 수신자의 버퍼가 포화 상태 → 송신자가 전송 중단 → 양측 모두 상대방의 응답 대기

문제점:

• 송신자: 수신 윈도우 갱신을 위해 대기
• 수신자: 전송할 데이터가 없어 응답 세그먼트 없음

윈도우 프로브(Window Probe)

해결 방법:

• 수신 윈도우가 0임을 통지받은 송신자가 주기적으로 작은 크기의 윈도우 프로브 세그먼트 전송
• 크기: TCP 헤더(20바이트) + 데이터 1바이트 = 21바이트
• 목적: 수신자의 윈도우 상태 확인

세그먼트 크기 최적화

세그먼트 크기의 딜레마

큰 세그먼트의 장점:

• 적은 세그먼트 수로 효율적 전송
• 각 세그먼트당 오버헤드 최소화

큰 세그먼트의 단점:

• 유실 시 재전송 비용 증가
• 작은 데이터 전송 시 지연 발생

네이글 알고리즘(Nagle Algorithm)

전송 조건 중 하나가 만족될 때까지 버퍼에 데이터 축적:

1. 최대 세그먼트 크기(MSS) 만큼 데이터 축적
2. 이전 세그먼트에 대한 ACK 수신
3. 타이머 만료

동작 예시: 데이터 [0,1,2,3,4]가 있을 때:

• 처음 0번 세그먼트 전송
• ACK 수신 시: 축적된 데이터(예: [1,2]) 즉시 전송
• ACK 미수신 시: 타이머 만료 후 0번 세그먼트 재전송
• MSS 도달 시: ACK와 무관하게 전송

연결 관리(Connection Management)

3-Way Handshake (연결 설정)

1단계: 클라이언트 → 서버 (SYN)

• SYN bit = 1
• 시퀀스 번호 = x (임의값)

2단계: 서버 → 클라이언트 (SYN-ACK)

• SYN bit = 1
• 시퀀스 번호 = y (임의값)
• ACK 번호 = x + 1

3단계: 클라이언트 → 서버 (ACK)

• SYN bit = 0
• ACK 번호 = y + 1
• 이 단계부터 데이터 전송 가능

연결 종료 (Connection Termination)

1단계: 프로세스 close() 호출 → FIN 메시지 전송

2단계: 상대방의 FIN에 대한 ACK 응답 + 상대방도 FIN 전송

3단계: 마지막 ACK 전송

중요: FIN 교환이 완료되어도 TCP 연결이 즉시 종료되지 않는다. 연결 설정과 마찬가지로 양방향 확인 절차가 필요하다.