[네트워크] TCP/IP 흐름제어 & 혼잡제어

TCP 통신

• 정의: 네트워크 통신에서 신뢰적인 연결방식 = reliable network를 보장하는 프로토콜
• How?: network congestion avoidance 알고리즘을 사용

 

reliable Network

unreliable vs reliable

• unreliable: 전송한 데이터그램이 유실될 수 있고, 순서가 바뀌어 도착할 수 있음
• reliable: 세그먼트가 유실될 경우 재전송을 통해 복구, 순서가 바뀌어 도착하더라고 순서 번호를 이용하여 제대로 맞추어 전달

 

reliable network의 4가지 문제점

reliable network를 보장한다는 것은 4가지 문제점 존재

• 손실 : packet이 손실될 수 있는 문제
• 순서 바뀜 : packet의 순서가 바뀌는 문제
• Congestion : 네트워크가 혼잡한 문제
• Overload : receiver가 overload 되는 문제

-> 보통 TCP  전송 제어 방법은 전송되는 데이터 양을 조정하는 흐름제어, 통신 도중 손실되거나 잘못된 데이터가 수신되었을때 대처하는 오류 제어, 네트워크 혼잡에 대처하는 혼잡 제어로 존재

 

흐름제어

• 정의: 전송되는 데이터 양을 조정하는 기법
• Why?: 송신측과 수신측의 데이터 처리 속도 차이를 해결하기 위해
  • 수신측 처리 속도가 더 빠른 경우 -> 문제x
  • 수신측 처리 속도가 느린 경우 -> 수신 측의 버퍼가 가득차버리는 문제 발생 -> 용량을 초과한 이후에 도착하는 패킷은 손실 가능성 존재
• How?: 수신측이 송신측에게 자신의 상태를 feedback 진행
  • Stop and Wait: 매번 전송한 패킷에 대해 확인 응답(ACK)을 받아야만 그 다음 패킷을 전송하는 방법
    • 패킷을 하나씩 보내기에 비효율적 방법

 

 

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  • Sliding Window: 수신 측이 한 번에 처리할 수 있는 데이터(window)를 정해놓고, 수신 측의 데이터 처리 상황을 송신 측에 알려줘서, 상황에 따라 window의 크기를 제어하는 방법
    • 초기 윈도우 크기는 호스트 간의 3 Way Handshaking 과정에서 수신 측이 결정
    • 수신 측이 확인 응답(ACK)을 보낼 때 TCP 헤더에 담아서 전송 
    • 대부분 해당 방식을 사용

 

혼잡 제어

• 정의: 네트워크 혼잡에 대처하는 기법
• Why?: 
  • 송신측의 데이터가 라우터를 거쳐 수신측으로 전달
  • 이때, 한 라우터에서 데이터가 몰리는 경우, 자신에게 온 데이터를 모두 처리 불가
  • 송신측은 이런 경우 손실 데이터로 간주하고 계속 데이터를 재전송 -> 네트워크 혼잡 발생
• How?: 송신 측에서 보내는 데이터의 전송 속도를 강제로 줄이자!
  •  AIMD( Additive Increase / Multiplicative Decrease ): 합 증가/ 곱 감소 방식 = 처음에 패킷을 하나씩 보내고 문제 없이 도착하면 윈도우의 크기를 1씩 증가시켜 전송. 만약 전송이 실패하면 윈도우의 크기를 반으로 줄이는 방식
    • 문제점: 윈도우의 크기를 조금씩 늘리기에, 네트워크 모든 대역을 활용하기까지 오래 걸린다. ( 처음 전송 속도를 높이는데 오래 걸림 )

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• • Slow Start (느린 시작): 처음에 패킷을 하나씩 보내고 문제 없이 도착하면 윈도우의 크기를 2배씩 증가시켜 전송. 만약 전송이 실패하면 윈도우의 크기를 1로 줄이는 방식
  • Fast Retransmit (빠른 재전송):
    • 패킷을 받는 쪽에서 먼저 도착해야할 패킷이 도착하지 않고 다음 패킷이 도착한 경우에도 ACK 패킷을 보내게 된다.
    • 단, 순서대로 잘 도착한 마지막 패킷의 다음 패킷의 순번을 ACK 패킷에 실어서 보내게 되므로, 중간에 하나가 손실되게 되면 송신 측에서는 순번이 중복된 ACK 패킷을 받게 된다. 이것을 감지하는 순간 문제가 되는 순번의 패킷을 재전송 해줄 수 있다.
    • 중복된 순번의 패킷을 3개 받으면 재전송을 하게 된다. 약간 혼잡한 상황이 일어난 것이므로 혼잡을 감지하고 window size를 줄이게 된다.

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  • Fast Recovery (빠른 회복): 
    • 혼잡한 상태가 되면 window size를 1로 줄이지 않고 반으로 줄이고 선형증가시키는 방법
    • 이 정책까지 적용하면 혼잡 상황을 한번 겪고 나서부터는 순수한 AIMD 방식으로 동작하게 된다.