[Network] TCP의 전송제어

 TCP 흐름제어 

* TCP의 윈도우

• 송신 윈도우
  • 윈도우 크기가 수신자와 네트워크의 상황에 따라서 조정
  • 세그먼트 단위로 전송하지만 바이트 단위로 윈도우를 관리
• 수신 윈도우 : 윈도우 크기는 송신측으로부터 넘치지 않고 수신할 수 있는 데이터 바이트의 개수를 결정
• rwnd = 버퍼크기 - (수신 프로세스로부터)읽히기를 기다리는 바이트 수

 

 * 어리석은 윈도우 신드롬(Silly Window Syndrome)

• 송신측의 응용프로그램이 데이터를 천천히 발생시키거나, 수신측의 응용프로그램이 데이터를 천천히 소비하는 경우
• ex) 1바이트의 데이터를 전송하기 위해 41바이트의 데이터그램이 전송되어야함 -> 네트워크 자원 낭비
• (송신측 방안) Nagle 알고리즘
  • 송신TCP가 수신 TCP로부터 새로운 ACK패킷을 수신하거나, 혹은 최대 크기의 세그먼트를 구성할 수 있을 정도의 충분한 데이터가 버퍼에 저장될 때까지 전송하지 않고 대기
  • 매우 단순하면서 응용프로그램의 데이터 생성 속도와, 네트워크의 데이터 전달 속도를 모두 고려하고 있음
• (수신측 방안) 지연된 확인응답 알고리즘
  • 수신TCP가 세그먼트를 수신하자마자 ACK 패킷을 생성하지 않고, 수신윈도우가 충분히 커질 때까지 대기한 이후 전송
  • 너무 오래 대기하여 송신측에서 자동 재전송하지 않도록 0.5초 이상 지연되지 않도록 함

---

TCP 오류제어 

* TCP의 확인응답

• 누적 확인응답(ACK)
  • TCP 기본헤더에 정의된 32비트 ACK필드를 사용하여 이보다 작은 순서번호의 데이터는 모두 정상수신하였음을 의미
  • 긍정 누적 확인응답 방식으로서 정상적으로 수신되는 경우 외, 세그먼트가 폐기, 손실, 혹인 중복 수신되는 경우에 대한 어떠한 피드백도 없음
• 선택 확인응답(SACK; Selective ACK)
  • TCP 옵션헤더를 이용한 부수적인 추가정보로서 정상 수신된 바이트의 순서번호를 알려줌

 

*   데이터 세그먼트의 재전송

• TCP Tahoe
  • RTO(Retransmission Time-Out) : 타이머에 따른 재전송
  • 타이머 종료 시, 송신 버퍼에서 가장 작은 순서번호를 갖는 세그먼트를 재전송하고 다시 타이머 구동
  • RTT를 기반으로 RTO값(4~5배)을 갱신
• TCP Reno
  • 3개의 중복 ACK세그먼트 이후의 재전송
  • 재전송 타이머 종료 이전에 "빠른 재전송"을 위하여, 3번의 중복 ACK를 수신하면 패킷 손실로 간주하여 재전송

 

---

TCP 혼잡제어

* 혼잡 윈도우

• 수신 버퍼의 비어있는 공간을 고려하여 송신측의 윈도우 크기를 조정 -> 흐름제어
• 네트워크의 상황을 고려하지 않으면, 송신측이 전송한 데이터가 정상적으로 전달되지 않을 수 있음
  • 네트워크의 상황을 "혼잡 윈도우(cwmd, Congestion Window)"로 표현하고 송신 윈도우에 이를 반영
  • 송신 윈도우 크기 = Minimum (rwnd, cwnd)

 

* 혼잡제어의 3단계 원칙

• 느린 시작(Slow Start) : 지수 증가(Exponential Increase)
  • 혼잡 윈도우(cwnd)를 하나의 최대 세그먼트 크기(MSS; Maximum Segment Size)로부터 시작
  • 하나의 확인응답을 수신할 때마다, 혼잡윈도우의 크기를 MSS만큼 증가시킴
  • 데이터를 전송하는 초기에는 수신윈도우의 크기가 크기 때문에, 송신윈도우 크기의 혼잡윈도우는 같음
• 혼잡 회피(Congestion Avoidance) : 가산 증가(Additive Increas)
  • 느린 시작에서 혼잡 윈도우의 크기가 너무 빠르게 증가함
  • 혼잡이 발생하기 이전에 혼잡 발생을 방지하기 위해서, 혼잡 윈도우의 크기 증가 속도를 감소시켜야 함
  • 혼잡 윈도우 크기가 느린 시작 임계치(ssthresh)에 도달하면, 느린 시작을 종료하고 혼잡기피(가산 증가) 단계 시작
  • 전체 윈도우 크기가 1씩 증가시킴
  • 혼자 윕도우 크기가 RTT기반으로 증가
• 혼잡 감지(Congestion Detection) : 지수 증가(Exponential Increase)
  • 재전송(RTO)타이머가 종료된 경우, 네트워크 혼잡으로 패킷이 유실되었을 가능성이 높다고 판단
    1. 느린시작 임계치(ssthresh)값을 현재 윈도우 크기의 절반으로 감소
    2. 혼잡 윈도우 크기(cwnd)를 하나의 세그먼트 크기로 줄임
    3. 느린 시작 단계부터 시작
  • 3개의 중복 ACK를 수신한 경우, 네트워크 혼잡보다는 단순한 패킷 유실의 가능성이 높다고 판단
  • 네트워크 혼잡의 가능성도 있으므로 윈도우를 감소하지만, 재전송 타이머 종료때보다도 감소의 폭이 작음
    1. 느린시작 임계치(ssthresh)값을 현재 윈도우 크기의 절반으로 감소
    2. 혼잡 윈도우 크기(cwnd)를 임계치(ssthresh)로 줄임
    3. 혼잡회피 단계부터 시작

---

* 혼잡제어 원리

• TCP 송신 윈도우의 크기 조정은 전송속도 제어로 이어짐
• 확인 응답을 수신할 때까지 최대로 전송 가능한 데이터량(=송신 윈도우 크기)가 얼마인지 고려하면 계산 가능함
• 최대 도달 가능한 전송속도(bps) = (송신 윈도우의 비트크기) / RTT