[6장] 전송 계층 : 신뢰할 수 있는 데이터 전송하기

[icstuckyi]

Lesson 23. 전송 계층의 역할

• 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층 3계층이 있으면 목적지에 데이터를 보낼 수 있으나,
  데이터가 손상되거나 유실되더라도 아무것도 해 주지 않는다.
• 전송 계층은 목적지에 신뢰할 수 있는 데이터를 전송하기 위해 필요한 계층이다.
• 데이터가 제대로 도착했는지 확인하는 계층이다.

전송 계층의 두 가지 역할

• 오류를 점검하는 역할: 전송 중 오류가 발생하면 데이터를 재전송하도록 요청
• 전송된 데이터의 목적지가 어떤 애플리케이션인지 식별하는 역할

연결형 통신과 비연결형 통신

• 연결형 통신
  • 신뢰성/정확성이 우선이므로 여러 번 확인하고 보내는 통신이다.
  • 데이터를 목적지에 문제없이 전달하는 것이 목적이다.
  • TCP(Transmission Control Protocol): 전송 제어 프로토콜
• 비연결형 통신
  • 신뢰성/정확성보다는 효율성이 우선이므로 확인 절차 없이 일방적으로 보낸다.
  • 데이터를 빠르고 효율적으로 전달하는 것이 목적이다.
  • 예시) 동영상을 볼 때는 신뢰할 수 있고 정확한 데이터 전송보다 빠른 전송이 필요하다.
  • UDP(User Datagram Protocol): 사용자 데이터그램 프로토콜

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Lesson 24. TCP의 구조

TCP(Transmission Control Protocol)

• 신뢰성과 정확성을 우선으로 하는 연결형 통신 프로토콜.
• 전송 계층에서 TCP로 전송할 때 붙이는 헤더를 TCP 헤더라고 하며, 이 TCP 헤더가 붙은 데이터를 세그먼트 라고 한다.

연결(Connection)

• TCP 통신에서 정보를 전달하기 위해 사용되는 가상의 통신로.
• 데이터를 전송하기 전에 연결(커넥션)을 확립하고, 그 이후에 데이터를 전송할 수 있다.

코드 비트

• TCP 헤더의 107번째 비트부터 112번째 비트까지의 6비트로 연결의 제어 정보가 기록되는 곳.
• 초깃값은 0, 비트가 활성화되면 1이 된다.
• 연결을 확립하려면 이 중 SYN(연결 요청)과 ACK(확인 응답)가 필요하다.

3-way handshake

• 연결은SYN과 ACK를 사용하여 확립할 수 있다.
• 신뢰할 수 있는 연결을 위하여, 데이터를 전송하기 전에 패킷을 교환하여 세 번 확인한다. (= 3-way handshake)
• 이때 확립을 위해 코드 비트의 SYN과 ACK가 1로 활성화된다.
• 데이터를 전송한 후에는 연결을 끊는 요청을 교환하는데, 이 때는 FIN(연결 종료)과 ACK를 사용한다.
• 연결을 종료할 때는 코드 비트의 FIN과 ACK가 1로 활성화된다.

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Lesson 25. 일련번호와 확인 응답 번호의 구조

• 3-way 핸드셰이크가 끝나고 실제 데이터를 보내거나 받을때는 TCP 헤더의 두개 번호 사용

  • 일련번호(sequence number) : TCP가 보내는 "분할된 데이터"가 "몇번째 데이터"인지 알려주는 역할
  • 확인 응답 번호(acknowledgement number) : 수신 측이 몇번째 데이터를 수신했는 지 송신 측에 알려주는 역할

    출처 : https://velog.io/@majaeh43/모두의-네트워크-0w8k7ou8

• 일련번호, 확인 응답번호 사용 예시

  • 일련번호와 확인 응답 번호를 사용해서 데이터가 손상되거나, 유실된 경우에는 재전송 => 재전송 제어 (일정시간 대기 후 재전송)

• 위 예시는 세그먼트(데이터) 하나를 보낼 때마다 확인 응답을 한번 반환하는 통신 -> 매번 응답을 기다리면 효율이 낮음

• 데이터를 여러번 보내고 확인 응답을 반환하게 되면 효율이 높아짐

  • 수신 측은 "버퍼(buffer)"에 받은 세그먼트를 일시적으로 보관
  • 버퍼의 크기보다 많은 데이터가 전송되어 넘쳐버리는 것 = 오버플로(overflow)
  • 오버플로가 발생하지 않도록 버퍼의 한계 크기(= 윈도우 크기, window size)를 TCP 헤더에 전달
  • 윈도우 크기 = 얼마나 많은 용량의 데이터를 저장해 둘 수 있는가 = 확인응답 없이 연속해서 송수신 할 수 있는 데이터 크기
  • 3-way 핸드셰이크를 할 때 윈도우 크기 판단

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Lesson 26. 포트 번호의 구조

• 전송 계층의 역할 2가지
  • 연결 확립(3-way 핸드셰이크), 재전송 제어(일련번호/확인응답번호), 윈도우 제어(버퍼)로 TCP는 데이터 정확하게 전달
  • 전송된 데이터의 목적지가 어떤 애플리케이션인지 구분하는 역할
• TCP 헤더의 포트 넘버로 목적지 구분
  • 출발지 포트 번호(source port number)
  • 목적지 포트 번호(destination port number)
• 포트 번호 범위 : 0~65535
  • 0~1023번 : 잘 알려진 포트(well-known ports)
  • 1024번 : 예약되어있지만 사용되지 않는 포트
  • 1025번 이상 : 랜덤 포트 -> 클라이언트 측의 송신 포트로 사용됨
• 데이터를 전송할 때는 상대방의 IP 주소가 필요
• 어떤 애플리케이션이 사용되고 있는지 구분하려면 TCP 헤더의 포트번호가 필요
• 웹 브라우저로 접속할때는 웹 브라우저에 임의의 포트가 자동 할당 되어 클라이언트측은 포트 번호를 정하지 않아도 무방

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Lesson 27. UDP의 구조

• TCP의 역할 : 신뢰할 수 있는 데이터를 상대방에게 전달하는 것(복잡한 확인 절차를 거침)

• UDP는 비연결형 통신이기 때문에 TCP처럼 확인 작업하지 않음

  • 효율성을 중요시 하는 프로토콜 -> 데이터가 원활하게 전달되어야하는 동영상 스트리밍 서비스 등에 적합

• UDP 헤더가 붙은 데이터 = UDP 데이터그램

  • 정밀한 확인이 필요하지 않아 이정도 정보로도 충분

• UDP는 일일히 확인 응답을 받지 않아도 되기 때문에 랜에 있는 컴퓨터나 네트워크에 있는 장비들에게 데이터 일괄 송신(브로드캐스트(broadcast)) 가능