네트워크 - 전송 계층
TCP 통신 단계와 세그먼트 구조
TCP는 통신하기 전에 연결을 수립하고 통신이 끝나면 연결을 종료하는 데, 연결 수립과 종료를 이해하려면 MSS 단위와 TCP의 세그먼트 구조를 이해해야 한다.
MSS는 Maximum Segment Size의 약자로, TCP로 전송할 수 있는 최대 페이로드 크기를 의미한다. (TCP 헤더 크기는 제외)
헤더의 크기까지 포함한 MTU와는 대조적이다.
TCP 세그먼트 헤더 구조는 다음과 같다.
송수신지 포트
송수신지 애플리케이션을 식별하는 포트 번호가 명시되는 필드
순서 번호와 확인 응답 번호 (★)
순서 번호는 송수신되는 세그먼트의 올바른 순서를 보장하기 위해 세그먼트 데이터의 첫 바이트에 부여되는 번호이다.
확인 응답 번호는 상대 호스트가 보낸 세그먼트에 대한 응답으로, 다음으로 수신하기를 기대하는 순서 번호가 명시된다.
이 두 필드는 TCP의 신뢰성을 보장하기 위해 사용되는 중요한 필드이다.
예를 들어 전송 계층으로 응용 계층으로부터 전송해야 하는 1900바이트 크기의 데이터를 전달받았을 때, 이는 MSS 단위로 전송될 수 있다.
MSS가 500바이트라고 가정했을 떄, 다음과 같이 네 개의 세그먼트로 쪼갤 수 있다.
처음 통신을 위해 연결을 수립한 경우 초기 순서 번호는 무작위 값이며, 초기 순서 번호가 100이라면 각 세그먼트의 순서 번호는 다음과 같을 것이다.
순서 번호는 초기 순서 번호 + 송신한 바이트 수와 같다.
확인 응답 번호는 일반적으로 "수신한 순서 번호 + 1"로 설정된다. (확인 응답 번호 값을 보내기 위해서는 제어 비트에서 승인을 나타내는 필드인 ACK 플래그를 1로 설정해야 한다.)
제어 비트 (★)
플래그 비트라고도 부르며, 현재 세그먼트에 대한 부가 정보를 나타낸다.
기본적으로 8비트로 구성되는데, TCP에서 중요한 비트는 다음 세 가지이다.
ACK : 세그먼트의 승인을 나타내기 위한 비트
SYN : 연결을 수립하기 위한 비트
FIN : 연결을 종료하기 위한 비트
윈도우
수신 윈도우(한 번에 수신하고자 하는 데이터의 양)의 크기가 명시된다.
TCP 연결 수립과 종료
연결 수립 (3-way handshake)
호스트 A와 B가 통신하기 전에 세 단계를 거친 뒤 본격적인 송수신이 시작된다.
처음 연결을 시작하는 호스트의 연결 수립 과정을 액티브 오픈(클라이언트) 이라 하고, 연결을 수락하는 호스트의 연결 수립 과정을 패시브 오픈(서버) 라고 한다.
연결 종료 (4-way handshake)
연결 수립과 마찬가지로 먼저 연결을 종료하려는 호스트에 의해 수행되는 액티브 클로즈와 연결 종료 요청을 받아들이는 패시브 클로즈가 있다.
TCP 상태
TCP는 연결형 통신과 신뢰할 수 있는 통신을 유지하기 위해 다양한 상태를 유지한다.
상태는 현재 어떤 통신 과정에 있는지를 나타내는 정보로, TCP를 스테이트풀 프로토콜이라고도 부른다.
연결이 수립되지 않은 상태
CLOSED : 아무런 연결이 없는 상태
LISTEN
일종의 연결 대기 상태로,
SYN세그먼트를 기다리는 상태일반적으로 서버로서 동작하는 패시브 오픈 호스트는 LISTEN 상태를 유지한다.
LISTEN 상태인 호스트에게
SYN세그먼트를 보내면 3-way handshake가 시작된다.
연결 수립 상태
SYN-SENT
연결 요청을 보낸 뒤 대기하는 상태
액티브 오픈 호스트가
SYN세그먼트를 보낸 뒤 그에 대한 응답인SYN + ACK세그먼트를 기다리는 상태
SYN-RECEIVED : 패시브 오픈 호스트가
SYN + ACK세그먼트를 보낸 뒤 그에 대한ACK세그먼트를 기다리는 상태ESTABLISHED : 연결이 확립되었음을 나타내는 상태
연결 종료 상태
FIN-WAIT-1 : 일반적인 TCP 연결 종료 과정에 있어 연결 종료의 첫 단계
CLOSE-WAIT : 종료 요청은 FIN 세그먼트를 받은 패시브 클로즈 호스트가 그에 대한 응답으로
ACK세그먼트를 보낸 후 대기하는 상태FIN-WAIT-2 : FIN-WAIT-1 상태에서
ACK세그먼트를 받고 상태 호스트의FIN세그먼트를 기다리는 상태LAST-ACK : CLOSE-WAIT 상태에서
FIN세그먼트를 전송한 뒤 이에 대한ACK세그먼트를 기다리는 상태TIME-WAIT
액티브 클로즈 호스트가
FIN세그먼트를 수신한 뒤, 이에 대한ACK세그먼트를 전송한 뒤 접어드는 상태패시브 클로즈 호스트는 마지막
ACK세그먼트를 수신하면 CLOSED 상태로 전이된다.TIME-WAIT 상태에 접어든 액티브 클로즈 호스트는 일정 시간을 기다린 뒤 CLOSED 상태로 전이된다.
TIME-WAIT 상태가 필요한 이유
상대 호스트가 받았어야 할 마지막
ACK세그먼트가 올바르게 전송되지 않았을 수 있기 때문이다.TIME-WAIT 상태에서 일정 시간 대기하지 않고 바로 연결을 종료해버리면 상대 호스트 입장에서는 마지막
ACK세그먼트를 재전송받을 수 없다.또 다른 이유는 한 연결을 종료하고 다른 연결을 수립하는 과정 사이에 대기 시간이 없다면 서로 다른 연결의 패킷들이 혼란을 야기할 수 있다.
UDP 데이터그램 구조
UDP는 TCP와 달리 비연결형 통신을 수행하는 신뢰할 수 없는 프로토콜이다.
연결 수립 및 해제, 재전송을 통합 오류 제어, 흐름 제어, 혼잡 제어 등을 수행하지 않는다.
TCP처럼 상태를 유지하지도 않기 때문에 UDP를 스테이트리스 프로토콜이라고도 한다.
UDP는 TCP에 비해 적은 오버헤드로 패킷을 빠르게 처리한다.
주로 실시간 스트리밍 서비스, 인터넷 전화처럼 실시간성이 강조되는 상황에서 TCP보다 더 많이 쓰인다.
UDP는 TCP에 비해 제공하는 기능이 적은 만큼 필드도 단순하다.
송신지 & 수신지 포트 : 송수신지의 포트 번호
길이 : 헤더를 포함한 UDP 데이터그램의 바이트
체크섬
데이터그램 전송 과정에서 오류가 발생했는지 검사하기 위한 필드
수신지는 이 필드의 값을 토대로 데이터그램의 정보가 훼손되었는지 판단하고, 문제가 있다고 판단한 데이터그램은 폐기한다.
수신지까지 잘 도달했는지를 나타내는 신뢰성/비신뢰성과는 관련이 없다.
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