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TCP 송수신 과정(2)

16 Dec 2019 | Network

TCP의 통신 과정 (2)

프로토콜 스택은 받은 데이터를 곧바로 송신하는 것이 아니라 일단 자체의 내부에 있는 송신용 버퍼용 메모리 영역에 저장하고 특정 요소에 따라 송신을 결정한다.

프로토콜 스택이 송신하기 위한 요소

  1. MTU
  2. 타이밍

MTU

  • 프로토콜 스택은 MTU라는 매개변수를 바탕으로 송신을 결정한다.
    MTU는 한 패킷으로 운반할 수 있는 디지털 데이터의 최대 길이로, 이더넷에서는 보통 1,500 바이트가 된다.
  • MTU에는 패킷의 맨 앞부분에 헤더가 포함되어 있으므로 여기부터 헤더를 제외한 것이 하나의 패킷으로 운반할 수 있는 최대 길이가 되고, 이 것을 MSS라고 합니다.

타이밍

  • 애플리케이션의 송신 속도가 느려지는 경우 MSS에 가깝게 데이터를 저장하면 여기에서 시간이 걸려
    송신 동작이 지연되므로 버퍼에 데이터가 모이지 않아도 적당한 곳에서 송신 동작을 실행해야 한다.

    따라서 프로토콜 스택은 내부에 타이머가 있어서 이것으로 일정시간 이상 경과하면 패킷을 송신한다.

데이터가 클 때는 분할해서 보낸다

  • HTTP 리퀘스트 메시지 보통 길지 않으므로 한 개의 패킷에 들어가지만, 폼을 사용하여 긴 데이터를 보낼 경우 등

    한 개의 패킷에 들어가지 않을 만큼 긴 것도 있다.

    이 경우 송신 버퍼에 들어있는 데이터를 맨 앞부터 차례대로 MSS 크기에 맞게 분할하고

    분할한 조각을 한 개씩 패킷에 넣어 송신한다.

데이터 송∙수신 과정

  1. 서버측에서 애플리케이션이 동작하기 시작할 때 소켓을 만들고 접속 대기상태로 존재한다.
  2. 클라이언트측에서 소켓을 만든다.

  3. 그림 ① : SYN을 1로 만들고 시퀀스번호 초기값[1], 윈도우[2]로 TCP 헤더를 만들어 서버에 보낸다.

  4. 그림 ② : 이 것이 서버에 도착하면 서버에서 SYN을 1로 만들고 시퀀스 번호와 윈도우, ACK 번호[3]로 TCP 헤더를 만들어 클라이언트의 요청에 응답한다.

  5. 그림 ③ : 이 것이 클라이언트에 도착하면 TCP 헤더를 받은 것을 나타내는 ACK 번호를 기록한 TCP 헤더를
    클라이언트가 서버에 보낸다. 이것으로 접속 동작은 끝나고 데이터 송∙수신 단계에 들어간다.

  6. 그림 ④ : 웹의 경우 클라이언트에서 서버에 리퀘스트 메시지를 보내는 것부터 시작한다.

    TCP는 이것을 적당한 크기의 조각으로 분할하고 TCP 헤더를 맨 앞에 부가하여 서버에 보낸다.

  7. 그림 ⑤ : TCP 헤더에 송신 데이터가 몇 번째 바이트부터 시작되는지를 나타내는 시퀀스 번호가 기록되어 있을 것(그림④)이고, 이 것이 서버에 도착하면 서버는 ACK 번호를 클아이언트에 반송한다.

    최초의 데이터 조각인 경우 서버는 데이터를 받기만 하지만, 데이터 송∙수신이 진행되면 애플리케이션에 데이터를 건네주어수신 버퍼에 빈 영역이 생기는 장면이 나오는데, 이때 윈도우의 값도 기록하여 클라이언트에 통지한다.

  8. 서버가 응답 메시지 보내기를 완료하면 데이터 송∙수신 동작이 끝나므로 연결 끊기 동작에 들어간다.

웹의 경우 서버에서 연결 끊기 동작에 들어간다.
그림 ⑧ : 서버에서 먼저 FIN을 1로 만든 TCP 헤더를 클라이언트에 보낸다.

  1. 그림 ⑨ : 이 것을 받았음을 나타내는 ACK 번호의 TCP 헤더가 클라이언트에서 서버로 돌아온다.

  2. 그림 ⑩ : 이후 클라이언트가 FIN을 1로 만든 TCP 헤더를 서버에 보낸다.

  3. 그림 ⑪ : 서버에 받았다는 의미의 ACK 번호의 TCP 헤더를 클라이언트에 반환하고 소켓이 말소된다.

TCP는 통신 과정에서 ACK 번호가 돌아오지 않으면 패킷을 다시 보낸다.
다른 곳(LAN 어댑터,라우터, 버퍼 등)에서 오류조치할 필요가 없다.

[1] 시퀀스 번호

  • 시퀀스 번호는 데이터를 조각으로 분할하여 송신할 때 몇번 째 바이트에 해당하는지를 나타내는 것으로써

    보통 1부터 시작하지 않고 난수를 바탕으로 산출한 초기값으로 시작한다.

    항상 1부터 시작한다면 악의적인 공격을 할 우려가 있기 때문이다.

[2] 윈도우

  • 송신 측에 수신 가능한 데이터 양을 통지하고, 수신측은 이 양을 초과하지 않도록 송신 동작을 진행하는데
    수신가능한 양을 윈도우라 한다.

[3]ACK 번호

  • 수신자가 예상하는 다음 시퀀스 번호이다. 이것은 모든 선행하는 바이트들(존재할 경우)에 대한 수신에 대한 확인응답이 된다.
  • 한쪽이 보낸 최초의 ACK는 반대쪽의 초기 시퀀스 번호 자체에 대한 확인응답이 되며, 데이터에 대한 응답은 포함되지 않는다.

ref 성공과 실패를 결정하는 1% 네트워크 원리

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