모두의 네트워크 6장 - 전송 계층 : 신뢰할 수 있는 데이터 전송하기

전송 계층

• 목적지에 신뢰할 수 있는 데이터를 전달하기 위해 존재

• 물리, 데이터 링크, 네트워크 계층만으로는 목적지에 데이터를 보낼 수는 있으나, 중간에 데이터가 손상되거나 유실되더라도 아무것도 해줄 수 없음

전송 계층의 2가지 기능

• 오류가 발생하면 데이터를 재전송하도록 요청하는 기능

• 전송된 데이터의 목적지가 어떤 애플리케이션인지 식별하는 기능

전송 계층의 특징

1. 신뢰성/정확성

   • 데이터를 목적지에 문제없이 전달하는 것

   • 연결형 통신 방식을 통해 통신

2. 효율성

   • 데이터를 빠르고 효율적으로 전달하는 것

   • 비연결형 통신 방식을 통해 통신

연결형 통신

• 수신 측과 송신 측이 여러번 서로의 송수신 상태를 확인하며 통신하는 방식

• 속도보다 신뢰성, 정확성이 중요할 때 사용

• 통신 프로토콜로 TCP 를 사용함

비연결형 통신

• 상대방과의 확인 절차 없이 일방적으로 통신

• 동영상 전송에 많이 사용

• 통신 프로토콜로 UDP 를 사용함

TCP 헤더

• 전송 계층에서 TCP로 전송되는 데이터에 붙임

• TCP 헤더가 붙은 데이터를 세그먼트라 함

• TCP 헤더의 구성

  

TCP 통신 방식

• 데이터를 전송하기 전, 먼저 연결(connection)이라는 가상의 독점 통신로를 확보해야함

• 연결과 관련된 정보들이 위 사진의 7번 코드 비트에 기록됨

• 코드 비트는 107~112 번째 비트에 해당하며, 초기 상태는 0, 활성화되면 1이 됨

• 코드 비트의 6개 비트 중 SYN(연결 요청 비트), ACK(확인 응답 비트) 를 통해 연결을 확립함

3-way 핸드셰이크

• TCP 를 통해 연결할 때, SYN, ACK 비트를 사용하여 연결을 확립하는 방법

• 연결 방식 (컴퓨터 A와 B가 연결)

  1. A 에서 SYN 비트를 1로 활성화하고 패킷을 B로 전송함 (연결 확립 요청)

  2. B 에서 A 에서 온 패킷을 확인하고, A의 연결을 허가한다는 응답을 하기 위해 ACK 를 1로 활성화함과 동시에 A 와의 연결을 허가받기 위해 SYN 을 1로 활성화 하여 패킷을 전송함 (연결 확립 응답 + 연결 확립 요청)

  3. A에서 B에서 온 패킷을 확인하고, B의 연결 확립 요청에 허가한다는 응답을 위해 ACK 를 1로 활성화 하여 패킷을 전송함 (연결 확립 응답)

• 연결을 종료할 때에는 FIN, ACK 비트를 활용하여 연결을 해제함

• 연결 종료 방식

  1. A 에서 B 로 FIN 을 1로 활성화하고 패킷을 전송 (연결 종료 요청)

  2. B 에서 A 로 ACK 를 1로 활성화하고 패킷을 전송 (연결 종료 응답)

  3. B 에서 A 로 FIN 을 1로 활성화하고 패킷을 전송 (연결 종료 요청)

  4. A 에서 B 로 ACK 를 1로 활성화하고 패킷을 전송 (연결 종료 응답)

연결 이후 데이터 통신

• 실제 데이터를 보내고 받을 때는 TCP 헤더의 (3)일련번호와 (4)확인 응답 번호를 사용함

• 일련 번호는 송신 측에서 수신 측에 이 데이터가 몇 번째 데이터인지 알려주는 역할을 함

• 확인 응답 번호는 수신 측이 송신 측에 몇 번째 데이터를 수신했는지 알려주는 역할을 하며, 다음에 받을 특정 일련번호의 데이터를 요청할 때도 사용됨

• 수신 측에서 확인 응답 번호를 보내지 않을 경우, 데이터가 올바르게 전송되지 않은 것이므로 데이터를 재전송함 (재전송 제어)

이렇게 하나씩 보내고 확인하면 너무 느리지 않을까?

-> 매번 확인 응답을 기다리는 대신 세그먼트를 연속해서 보내고 난 뒤 확인 응답을 반환하여 효율을 높일 수 있음

여러 개를 한번에 보내면 수신 측에서 처리할 수 있을까?

-> 수신 측에서는 받은 세그먼트들을 일시적으로 보관할 수 있는 버퍼에 저장하고 사용함

버퍼가 넘칠 정도로 보내면 어떻게 되지?

-> 대량으로 데이터가 전송되면 오버플로가 발생하게 됨. 따라서 이를 방지하기 위해 TCP 헤더에 (8)윈도우 크기 값을 설정해야 함

상대방 버퍼 크기를 알아야 윈도우 크기를 설정하지 않나?

-> 3-way handshake 단계에서 SYN, ACK 를 송수신함과 동시에 서로의 윈도우 크기를 보내주어 사용할 수 있음

포트 번호

• TCP 프로토콜의 역할 중 하나인 전송된 데이터가 목적지의 어떤 애플리케이션에 사용되는 지를 알려주기 위해 포트 번호가 사용됨

• TCP 헤더에 (1)출발지 포트 번호와 (2)목적지 포트 번호를 붙여 전송

• 16비트로 0~65535 번을 이용할 수 있음

• 0~1023 번 포트는 주요 프로토콜이 사용하도록 예약되어 있음. 이를 잘 알려진 포트(well-known ports) 라고 함

• 1024번은 예약되어 있지만 사용하지 않는 포트이며, 1025번 이상은 랜덤 포트라 하며 클라이언트 측의 송신 포트로 사용됨

• 웹 브라우저로 접속 시 임의의 포트가 자동으로 할당되어 사용됨

UDP 헤더

• UDP 프로토콜로 통신 시 전송 계층에서 UDP 헤더가 붙는다.

• UDP 헤더가 붙은 데이터를 UDP 데이터그램 이라 한다.

• UDP 헤더 구조

  

UDP 특징

• 확인 절차를 거치지 않아 빠르고 효율적인 데이터 전송이 가능하다.

• 랜에서는 UDP를 활용하여 브로드캐스트 통신을 할 수 있다. (TCP 는 모든 컴퓨터에게 3-way 핸드셰이크와 같은 절차를 거칠 수 없으므로 적합하지 않다.)