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TCP 프로토콜

TCP 프로토콜. 1999. 7. Transport Protocol(1/2) . end-to-end reliable 서비스의 필요성 지금까지의 IP 서비스는 네트워크의 각 노드에서 이루어지는 네트워크 계층 서비스이다 . IP 서비스는 unreliable network service 를 제공해 주고 있다 . no error control no congestion control duplicate packet delivery out-of-order packet delivery

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TCP 프로토콜

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Presentation Transcript

  1. TCP 프로토콜 1999. 7

  2. Transport Protocol(1/2) • end-to-end reliable 서비스의 필요성 • 지금까지의 IP 서비스는 네트워크의 각 노드에서 이루어지는 네트워크 계층 서비스이다. • IP 서비스는 unreliable network service를 제공해 주고 있다. • no error control • no congestion control • duplicate packet delivery • out-of-order packet delivery • 따라서 응응 프로그램이 네트워크를 통해 전달된 데이터를 신뢰하고 처리하기 위해서는 transport 계층에서 신뢰성 있는 서비스를 제공해 주어야 한다. TCP Protocol

  3. Transport Protcol(2/2) Application Application End-to-end 서비스 TCP TCP IP IP IP Network access Network access Network access subnet subnet TCP Protocol

  4. TCP와 UDP • TCP • 연결형 방식 • 보장성 서비스 제공 • flow control • error control • congestion control • byte-oriented (stream-oriented) • UDP • 비연결형 방식 • 비보장성 서비스 제공 • datagram-oriented TCP Protocol

  5. TCP/IP 프로토콜 구조 Telnet SMTP BGP RIP FTP DNS SNMP TCP UDP IGMP ICMP OSPF IP RARP ARP TCP Protocol

  6. TCP 서비스 • 연결형 서비스 • 점대점 통신 • 보장형 서비스 • Full duplex 통신 • 스트림 전송 • Graceful 연결 해제 TCP Protocol

  7. TCP 보장성 서비스 • Segment 단위의 전송 • 타이머 관리 • ACK 전송 • Checksum • 순서 보장 • 중복 패킷 방지 • 흐름 제어(flow control) • 체증 제어(congestion control) TCP Protocol

  8. TCP 세그먼트 구성(1/2) 0 16 31 Source Port Destination Port Sequence Number Acknowledgement Number TCP Header Window Resv HLEN flag Checksum Urgent Pointer Options(있는 경우) Padding Data Data TCP Protocol

  9. TCP 세그먼트 구성(2/2) • TCP 세그먼트 • TCP에 의해 전송되는 기본 단위 • TCP 헤더 • 20 bytes의 고정 헤더 부분과 option field로 구성 • 4bytes로 정렬 • 따라서 option 필드가 4 bytes 단위가 아닐 경우 padding한다. • 가변 길이의 헤더는 헤더 길이 필드(HLEN)에 의해 표시 • 데이터 TCP Protocol

  10. TCP 헤더 필드 • source와 destination 포트 번호 • TCP 연결의 양 종단에 있는 응용 프로그램을 나타내는 포트 번호 • sequence 번호 • 세그먼트에 들어 있는 데이터가 응용 프로그램의 byte stream에서 어느 위치에 있는지를 표시한다. • ACK 번호 • 수신측에서 송신측으로부터 받은 세그먼트에 대한 응답 • 바로 다음에 받기를 기다리는 세그먼트의 byte 번호를 의미한다. TCP Protocol

  11. TCP 헤더 필드 • 헤더 길이 • 32 bits의 정수배로 계산된 세그먼트 헤더 길이를 나타내는 정수값 • 윈도우 크기(window size) • receiver의 입장에서 현재 자신의 가용 버퍼(availiable buffer)의 크기를 알려 준다. • 이것을 이용하여 양 종단 간의 flow control을 수행한다. • Checksum • pseudoheader TCP Protocol

  12. Pseudoheader 31 0 16 31 Source IP address pseudoheader Destination IP address zero Protocol id Segment 길이 TCP header TCP segment User Data TCP Protocol

  13. Flag • 세그먼트의 사용 목적을 나타낸다. Bit(좌측→우측) Bit가 1로 Set됐을 때를 의미 URG Urgent Pointer Field가 유효 ACK Acknowledgement Field가 유효 PSH 이 Segement는 Push를 Request RST Connection을 Reset SYN Sequence Number를 Synchronize FIN 송신측의 Byte Stream이 끝났음 TCP Protocol

  14. PSH와 URG flag • 데이터 스트림 push • 응용 프로그램(TCP 사용자)은 송수신측 TCP 모듈에게 세그먼트를 만들 때까지 기다리지 말고 지금의 데이터를 바로 전송하도록 한다. • 예를 들면, 프로그램의 abort나 interrupt signal을 송신할 경우에 쓰인다. • Urgent data signaling • 수신측 응용 프로그램에게 urgent data가 전송되었음을 알린다. • 이 데이터의 처리는 수신측 응용 프로그램의 처분에 달려 있다. • URG flag을 설정 • 세그먼트 내에서 urgent data가 끝나는 위치를 Urgent pointer로서 가리킨다. TCP Protocol

  15. Option 필드 • Maximum Segment Size(MSS) • Window Scale option • Timestamp option 연결 설정을 할 때 MTU MTU TCP Protocol

  16. appl appl appl appl Port(TSAP) TCP connection TCP TCP protocol IP IP IP SNAPA Network access Network access Network access subnet subnet TCP 연결(1/2) TCP Protocol

  17. TCP 연결(2/2) • TCP 종점 주소 • 두 가지 level로 나타내어 진다. • 네트워크 접속점 주소 • TCP 사용자 주소 • 네트워크 접속점 주소는 IP 호스트 주소가 된다. • 이 주소는 글로벌 인터넷에서 유일한 접속점을 나타낸다. • TCP 연결 identifier • <송신측 TCP 종점 주소, 수신측 TCP 종점 주소> • 즉 <송신측 IP 주소, 송신측 TCP 사용자 주소, 수신측 IP 주소, 수신측 TCP 사용자 주소> TCP Protocol

  18. TCP 포트 번호 • 포트 번호(port number) • TCP 혹은 UDP가 제공하는 서비스 즉 응용 프로그램을 나타낸다. • 포트 번호는 16 bits의 길이로 표시된다. • well-known 포트 번호 • 1 부터 1023번이 할당 • 일반적으로 이용되는 server를 나타낸다. • 예를 들면, FTP server는 21, Telnet server는 23등 • Internet Assigned Number Authority(IANA)에 의해 관리된다. • Ephemeral 포트 번호 • 1024 부터 5000번까지 • client 포트 번호 TCP Protocol

  19. initiator receiver SYN (seq = x) SYN (seq=y, ACK=x+1) SYN (seq=x+1, ACK=y+1) TCP 연결 설정 • 3-way handshake TCP Protocol

  20. client server FIN ACK FIN ACK TCP 연결 해제 TCP Protocol

  21. TCP 전송 방식(1/3) • stream-oriented • 데이터는 TCP 연결을 통해서 segment 단위로 전송한다. • 하지만 데이터는 stream of bytes로서 취급된다. • 따라서 모든 bytes는 번호가 붙여진다.(modulo 2**32) • sequence number 사용 • 모든 세그먼트는 sequence number를 갖는다. • 이 번호는 데이터에서 해당 세그먼트가 차지하는 위치의 byte 번호를 의미한다. TCP Protocol

  22. TCP 전송 방식(2/3) • 버퍼 사용 • 응용 프로그램으로부터 데이터를 받았을 때 송신측 TCP는 그것을 바로 세그먼트로 전송하지 않고 버퍼에 두었다가 일정 크기 이상이 되면 세그먼트로 만들어 전송한다. • 수신측 TCP도 세그먼트가 도착하였을 경우 이것을 바로 응용 프로그램에 전달하지 않고 버퍼에 보관하였다가 일정 크기가 될 때 이것을 응용 프로그램에 전달한다. • 물론 이것은 구현상에서 차이가 있을 수 있다. TCP Protocol

  23. TCP 전송 방식(3/3) • Flow control • credit allocation 방식 • Buffering • 데이터 push • 긴급 데이터 전송 TCP Protocol

  24. 재전송 Send segment 1 Receive segment 1 Send ACK 1 Receive ACK 1 Send segment 2 Receive segment 2 Send ACK 2 Receive ACK 2 Segment lost Send segment 3 Retransmission timer expires retransmit segment 3 TCP Protocol

  25. Flow Control 4k 0 2K seq=0 write 2K 2k Ack=2048, win=2048 2K seq=2048 write 3K Ack=4096, win=0 read 2K 2k Ack=4096, win=2048 1K seq=4096 Send 1K more 3k TCP Protocol

  26. Nagle’s algorithm • Telnet 전송의 예 41 bytes IP packets A keystroke arrive 40 bytes ACK Application read 1 byte of keystroke 40 bytes window update Application echoes it 41 bytes IP packets TCP Protocol

  27. Silly window syndrome과 Clark’s algorithm Receiver’s buffer is full Application read 1 byte Window update segment sent New byte arrives Receiver’s buffer is full TCP Protocol

  28. Retransmission Timer • RTT variance estimation • exponential RTO backoff • Karn’s algorithm RTP: retransmission timer SRTT(K+1) = (1-g) SRTT(K) + g RTT(K+1) SERR(K+1) = RTT(K+1) - SRTT(K) SDEV(K+1) = (1-h) SDEV(K) + h |SERR(K+1)| RTO(K+1) = SRTT(K+1) + f SDEV(K+1) TCP Protocol

  29. TCP congestion Control • Congestion detection • timeout • Congestion control • slow start • congestion avoidance • fast retransmit • fast recovery TCP Protocol

  30. Slow start • 두 가지 windows • receiver’s advertised window(awnd) • congestion window (cwnd) • initialize: • cwnd = 1 segment size • 매번 ACK을 받을 때 마다, • cwnd = cwnd + 1 until min(cwnd, awnd) • exponential growth TCP Protocol

  31. receiver sender Segment 1 Cwnd = 1 ACK 2 Cwnd = 2 Segment 2 Segment 3 ACK 3 Cwnd = 3 ACK 4 Cwnd = 4 Segment 4 ... Segment 7 ACK 5 ..... ACK 8 Cwnd = 8

  32. Congestion Avoidance • 새로운 파라메터 • slow start threshold size(ssthresh) • 패킷 손실이 발생하면 • 1. Set ssthresh = cwnd/2 • 2. Set cwnd = 1 그리고 cwnd=ssthresh 될 때 까지 slow start 절차 수행 • 3. When cwnd  ssthresh, cwnd는 왕복 지연 시간마다 1 세그먼트 씩 증가한다. TCP Protocol

  33. 20 Time out occurs 15 cwnd 10 Threshold 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Round-trip times slow start와 congestion avoidance TCP Protocol

  34. UDP • 단순함 • Datagram-oriented • one application data -> one UDP datagram • 비보장성 Application data UDP 헤더 Application data IP 헤더 8 bytes 20 bytes TCP Protocol

  35. UDP 헤더 16 0 31 dest port number source port number UDP 길이 UDP checksum TCP Protocol

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