트랜스포트 계층의 세그먼트가 IP 데이터그램에 의해 네트워크 상에서 운반됨 → 트랜스포트 계층의 세그먼트도 이러한 문제를 겪을 수 있음
TCP의 신뢰적인 데이터 전송 서비스
TCP는 IP의 비신뢰적인 최선형 서비스에서 신뢰적인 데이터 전송 서비스를 제공
TCP 타이머 관리 절차에서는 단일 재전송 타이머 사용을 권장한다.
전송됐지만 아직 확인응답받지 못한 세그먼트와 개별적인 타이머가 한쌍인 경우 → 이론상으론 좋아도, 타이머 관리는 상당한 오버헤드를 발생시킨다.
이 글에서는 단일 타이머 사용을 전제로 한다.
신뢰적인 데이터 전송 서비스의 사용
프로세스가 자신의 수신 버퍼로부터 읽은 데이터 스트림이 손상/손실/중복이 없다는 것을 보장
자신의 수신 버퍼로부터 읽은 데이터 스트림이 순서가 유지된다는 것을 보장한다.
바이트 스트림은 송신자가 전송한 것과 같은 바이트 스트림 → 신뢰적인 데이터 전송의 원칙을 모두 포함한다.
TCP 신뢰적인 데이터 전송과 관련된 3가지 주요 이벤트
/*
송신자가 TCP 흐름이나, 혼잡 제어로 인해 제한받지 않는다고 가정하고,
위의 데이터의 크기는 MSS보다 작고, 데이터 전송한 한 방향이라고 가정한다.
*/
NextSeqNum=InitialSeqNumber
SendBase=InitialSeqNumber
loop (forever) {
switch(event)
event: data received from application above
create TCP segment with sequence number NextSeqNum
if(timer currently not running)
start timer
pass segment to IP
NextSeqNum=NextSeqNum+length(data)
break;
event: timer timeout
retransmit not-yet-acknowledged segment with
smallest sequence number
start timer
break;
event: ACK received, with ACK field value of y
if(y > SendBase) {
SendBase = y
if(there are currently any not-yet-acknowledged segments)
start timer
}
break;
} /* 무한 루프 종료 */
가정
호스트 A에서 B로 데이터가 오직 한 방향으로만 보내짐
호스트 A가 큰 파일을 전송
해당 코드에서 데이터 전송/재전송에 관련된 세 가지 주요 이벤트가 있음 → 상위 애플리케이션으로부터 수신된 데이터, 타이머 타임아웃, ACK 수신
첫 번째 주요 이벤트 - 상위 애플리케이션으로부터 수신된 데이터
TCP는 애플리케이션으로부터 데이터를 받음
세그먼트는 받은 데이터를 캡슐화하고 IP에게 해당 세그먼트를 넘김
각 세그먼트는 해당 세그먼트의 순서 번호 포함한다.
타이머가 이미 다른 세그먼트에 대해 실행 중이 아닌 경우 → TCP는 이 세그먼트를 IP로 넘길 때 타이머를 시작
이 타이머의 만료 주기는 TimeoutInterval
두 번째 주요 이벤트 - 타임아웃
TCP는 타임아웃 이벤트에 대해 타임아웃을 일으킨 세그먼트를 재전송하여 응답
TCP의 타이머를 재시작
세 번째 주요 이벤트 - 수신자로부터의 수신 확인응답 세그먼트(ACK) 수신
여기서 수신자는 다양한 ACK 필드값을 가진 세그먼트를 뜻함
이 이벤트가 발생하면 TCP 변수 SendBase와 ACK 값 y를 비교
SendBase : 수신 확인응답이 확인되지 않은 가장 오래된 바이트의 순서 번호
SendBase-1 은 수신자에게서 차례대로 수신됐음을 알리는 마지막 바이트 순서 번호
TCP는 누적 확인응답을 사용
y는 y 바이트 이전의 모든 바이트의 수신 확인
y > SendBase 인 경우
ACK는 이전에 확인응답 안 된 하나 이상의 세그먼트들을 확인 → 송신자는 자신의 SendBase 변수를 갱신
또한 아직 확인응답 안 된 세그먼트들이 존재한다면 타이머를 재시작
신뢰적인 데이터 전송이 작동하는 과정 - 시나리오 1
손실된 확인응답에 기인하는 재전송
가정
긍정 확인응답이 손실됐을 때
호스트 A가 호스트 B에게 하나의 세그먼트를 보냄
이 세그먼트는 순서 번호 92와 8바이트의 데이터를 포함한다고 가정
과정
호스트 A가 해당 세그먼트 전송 후 → 호스트 B로부터 긍정 확인응답 번호 100을 가진 세그먼트를 기다림
B가 수신하고 A로 긍정 확인응답 번호 100 (ACK = 100) 전송
이때 ACK= 100이 손실된다고 가정
타임아웃이 발생하고, 호스트 A는 같은 세그먼트를 B에게 재전송
호스트 B가 재전송 세그먼트를 수신했을 때, 이미 수신된 데이터임을 알 수 있음 ← 재전송된 세그먼트가 포함하고 있는 순서 번호를 통해 알 수 있기 때문
호스트 B는 이미 수신된 데이터이므로, 재송신된 세그먼트의 바이트를 버림
신뢰적인 데이터 전송이 작동하는 과정 - 시나리오 2
세그먼트 100이 재전송되지 않는 경우
가정
호스트 A가 연속해서 2개의 세그먼트를 전송
첫 번째 세그먼트 → 순서 번호 92와 8바이트의 데이터를 가짐
두 번째 세그먼트 → 순서 번호 100과 20바이트의 데이터를 가짐
두 세그먼트가 모두 호스트 B에 무사히 도착한다고 가정
호스트 A에서는 타임아웃 이전에 어떠한 긍정 확인응답도 수신하지 못한다고 가정
과정
B는 각각의 세그먼트에 대해 2개의 개별적인 긍정 확인응답을 전달
첫 번째 → 긍정 확인응답 번호 100(ACK = 100)을 가짐
두 번째 → 확인응답 번호 120(ACK = 120)
호스트 A에서 타임아웃 이벤트가 발생 → 순서 번호 92로 첫 번째 세그먼트를 재전송하고 타이머를 재시작
새로운 타임아웃이 끝나기 전까진 두 번째 세그먼트의 ACK = 120가 도착해도 재전송 X
신뢰적인 데이터 전송이 작동하는 과정 - 시나리오 3
누적 확인응답은 첫번째 세그먼트의 재전송을 방지한다.
가정
호스트 A가 2개의 세그먼트를 전송한다고 가정
첫 번째 세그먼트의 긍정 확인응답이 네트워크에서 분실된다고 가정
과정
첫 번째 세그먼트의 긍정 확인응답이 네트워크에서 분실
첫 번째 세그먼트의 타임아웃 전에 호스트 A가 ACK=120을 수신 → 호스트 B가 119 바이트까지 모든 데이터를 수신했음을 알게 됨
호스트 A는 두 세그먼트 중 어떠한 것도 전송하지 않는다.
누적 확인응답은 첫 번째 세그먼트의 재전송을 방지한다.
빠른 재전송
타임아웃이 유발하는 재전송 문제
타임아웃의 주기가 때때로 비교적 길다는 점
긴 타임아웃 주기는 잃어버린 패킷을 다시 보내기 전에 송신자를 오래 기다리게 한다. → 긴 타임아웃 주기는 종단 간의 지연을 증가시킨다.
다행히, 송신자는 종종 중복 ACK에 의한 타임아웃이 일어나기 전에 패킷 손실을 발견
중복 ACK : 송신자가 이미 이전에 받은 확인응답에 대한 재확인응답 세그먼트 ACK
수신자가 중복 ACK를 보내는 이유
TCP 수신자가 기다리는 다음 것보다 더 큰 순서 번호를 가진 세그먼트를 받은 경우 → TCP 수신자는 그 데이터 스트림에서의 간격(손실 세그먼트)을 찾아냄
여기서의 간격은 세그먼트 손실이나, 순서가 바뀐 결과일 수도 있다.
TCP는 부정 확인응답을 사용 X → 수신자는 마지막으로 수신된 순차적인 바이트를 갖는 데이터를 다시 확인응답(즉, 중복 ACK 생성)
수신자가 순서가 뒤바뀐 세그먼트를 버리지 않는 경우라고 가정
중복 ACK에 대한 송신자의 반응
송신자는 많은 양의 세그먼트를 연속적으로 보낼 수 있음 → 하나의 세그먼트를 잃어버린다면 많은 연속적인 중복 ACK 존재 가능
TCP 송신자가 같은 데이터에 대해 3개의 중복 확인응답을 수신 → ACK 된 세그먼트의 다음 3개의 세그먼트가 분실되었음을 의미
3개의 중복 ACK를 수신할 때, TCP는 빠른 재전송
빠른 재전송 : 세그먼트의 타이머가 만료되기 전에 손실 세그먼트를 재전송
빠른 재전송: 세그먼트의 타이머가 초과되기 전에 손실된 세그먼트 재전송
두 번째 세그먼트를 잃어버린 경우, 타이머가 만료되기 전에 재전송됨
event : ACK received, with ACK field value of y
if(y > SendBase) {
SendBase = y
if(these are currently any not yet acknowledged segments)
start timer
}
else { /* 이미 ACK된 세그먼트에 대한 중복 ACK*/
increment number of duplicate ACKs received for y
if(number of duplicate ACKs received for y == 3)
/* TCP 빠른 재전송 */
resend segment with sequence number y
}
break;
TCP는 GBN인가? SR인가?
TCP 확인응답은 누적되고 올바르게 수신된다.
순서가 잘못된 세그먼트는 수신자가 개별적으로 ACK를 받지 않는다.
TCP 송신자는 SendBase와 NextSeqNum를 유지해야 한다.
SendBase : 전송했지만 확인응답 안 된 바이트의 가장 작은 순서 번호
NextSeqNum : 전송될 다음 바이트의 순서 번호
→ 이런 관점에서는 GBN 형태의 프로토콜과 비슷해 보이지만, 차이점이 존재
TCP와 GBN의 차이점
TCP는 올바르게 수신되었지만 순서가 바뀐 세그먼트들을 버퍼링 한다.
예시
가정
송신자가 세그먼트 1,2…N을 전송하고 수신 측에 오류 없이 순서대로 도달
패킷 n < N에 대한 긍정 확인응답이 손실됐음
하지만, 나머지 N-1개의 긍정 확인응답들은 타임아웃 전에 송신 측에 도달
GBN의 동작
패킷 n과 n+1, n+2 … N 모두를 재전송한다.
TCP의 동작
세그먼트 n 하나만을 재전송한다.
세그먼트 n에 대한 타임아웃 전에 세그먼트 n+1에 대한 긍정 확인응답이 도착할 경우 → 세그먼트 재전송 X
