TCP

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개요

TCP(Transmission Control Protocol)는 연결 지향형(connection-oriented)이라고 불린다. 왜냐하면, 한 프로세스가 다른 프로세스에게 데이터를 보내기 시작하기 전에, 양쪽 프로세스는 먼저 서로 handshake를 수행해야 하기 때문이다. 즉, 데이터 전송에 앞서 몇 개의 초기 segment를 주고받아, 앞으로의 데이터 전송을 위한 매개변수를 설정해야 한다. 이러한 handshaking은 TCP가 riliable하고, in-order한 byte stream을 제공하도록 한다. 이때, TCP 연결은 항상 point-to-point이며, 이는 단 하나의 송신자와 단 하나의 수신자 사이에 연결이 형성된다는 것을 의미한다.
또한, TCP 연결은 양방향(full-duplex) 서비스를 제공한다. 즉, 한 호스트의 프로세스 A와 다른 호스트의 프로세스 B 사이에 TCP 연결이 있으면, application layer의 데이터는 A → B로 흐름과 동시에 B → A로도 흐를 수 있다. TCP는 그 외에도 flow control, congestion control과 같은 여러 서비스도 부가적으로 제공한다.

TCP segment Structure

Figure 1. TCP segment structure

TCP가 다루는 데이터의 단위는 세그먼트(segment)이며, 세그먼트는 헤더 필드들과 데이터 필드(payload)로 구성된다. 데이터 필드는 application layer의 데이터의 일부(청크)를 담는다. 세그먼트의 데이터 필드 최대 크기는 MSS(Maximum Segment Size)에 라고 불린다. TCP가 웹페이지의 이미지처럼 큰 파일을 전송할 때, 보통 해당 파일을 MSS 크기의 청크로 나눈다.

Figure1은 TCP 세그먼트의 구조를 보여준다. UDP와 마찬가지로 TCP 헤더에는 송신자/수신자의 port 번호가 포함되어 있으며, 이는 multiplexing/demultiplexing에 사용된다. 또한 UDP와 마찬가지로 checksum field도 있다. 그리고 sequence number 필드와 ACK 필드는 TCP가 rdt 서비스를 구현하는데 사용된다.

Sequence Numbers and Acknowledgment Numbers

TCP 세그먼트 헤더에서 가장 중요한 필드 중 두 가지는 시퀀스 번호(sequence number) 필드와 ACK(acknowledgment number) 필드이다. 이 필드들은 TCP의 신뢰성 있는 데이터 전송 서비스를 구성하는 데 있어 핵심적인 부분이다.

Sequence Number

Figure 1. Dividing file data into TCP segments

TCP는 데이터를 구조화되지 않았지만, 순서가 있는 바이트의 스트림(stream of bytes)으로 본다. 즉 어떤 "메시지의 단위"와 같은 개념이 아니라 데이터를 단순히 바이트가 나열된 stream으로 본다. 예를 들어, 500,000바이트짜리 파일을 보내면 TCP는 이를 연속된 바이트들로 보고, 각 바이트에 0, 1, 2, ..., 499999와 같이 순서 번호(시퀀스 번호) 를 매긴다. 이때, 시퀸스 번호는 세그먼트 안의 데이터가 바이트 스트림에서 어디서 시작하는지를 나타내는 번호이다.

예를 들어, MSS가 1000바이트이고, 파일의 크기가 500,000바이트라면 500개의 세그먼트가 생긴다. 이때 각각의 세그먼트에는 바이트 스트림 내의 시작 바이트가 시퀸스 번호로 들어간다. 첫 번째 세그먼트는 바이트 0~999에 해당하며, 시퀸스 번호가 0이다. 두 번째 세그먼트는 바이트 1000~1999에 해당하며, 시퀸스 번호가 1000이다. 세 번째 세그먼트는 바이트 2000~2999에 해당하며, 시퀸스 번호가 2000이다. 이와 같은 방식으로 각 세그먼트는 자신이 바이트 스트림 내에서 어디서 부터 시작하는 데이터인지를 시퀀스 번호로 알려준다.

Acknowledgment Number

ACK은 반대측에서 받을 것으로 기대하는 바이트의 시퀸스 번호를 말해주는 값이다. 예를 들어, A가 B에게 데이터를 받고 있고, A가 B로부터 0~535번 바이트를 받았다면, A는 B에게 보낼 TCP 세그먼트의 ACK 필드에 536을 넣는다. 즉, ACK는 ‘수신측이 현재까지 이 바이트까지 받았고, 그 다음 바이트부터 달라’는 의미를 갖는 번호이다.