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Chapter 15

Chapter 15. Transmission Control Protocol (TCP). 학습목표 (OBJECTIVES):. TCP 를 신뢰성 있는 스트림 배달 서비스를 제공하는 프로토콜로써 소개한다 . TCP 특징을 정의하고 UDP 의 특징과 비교한다 . TCP 세그먼트의 형식과 필드를 정의한다 . TCP 가 제공하는 연결 지향 서비스와 연결 설정 및 연결 종료 단계에서 교환되는 세그먼트를 설명한다 . TCP 의 상태 천이 다이어그램 및 시나리오를 설명한다 .

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Chapter 15

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Presentation Transcript

  1. Chapter 15 Transmission Control Protocol(TCP)

  2. 학습목표(OBJECTIVES): • TCP를 신뢰성 있는 스트림 배달 서비스를 제공하는 프로토콜로써 소개한다. • TCP 특징을 정의하고 UDP의 특징과 비교한다. • TCP 세그먼트의 형식과 필드를 정의한다. • TCP가 제공하는 연결 지향 서비스와 연결 설정 및 연결 종료 단계에서 교환되는 세그먼트를 설명한다. • TCP의 상태 천이 다이어그램 및 시나리오를 설명한다. • 흐름 제어와 오류 제어에 사용되는 TCP 윈도우를 설명한다. • TCP에서 수신 윈도우가 송신 윈도우의 크기를 조절하는 흐름 제어 구현 방법을 알아본다.

  3. 학습목표(OBJECTIVES) (계속): • 데이터 전송 단계 동안에 TCP에서 사용하는 오류 제어와 FSM을 설명한다. • TCP에서 네트워크의 혼잡을 조절하는 다양한 방법을 알아본다. • TCP에서 사용하는 타이머 종류와 목적을 알아본다. • TCP의 옵션과 SACK 옵션을 이용하여 TCP에서 제공하는 선택적 확인응답 제공 방법을 알아본다. • TCP 패키지의 배치도 및 단순화된 의사 코드를 설명한다.

  4. 15.1 TCP Services 15.2 TCP Features 15.3 Segment Chapter Outline 15.4 A TCP Connection 15.5 State Transition Diagram 15.6 Windows in TCP 15.7 Flow Control 15.8 Error Control 15.9 Congestion Control 15.10 TCP Timers 15.11 Options 15.12 TCP Package

  5. 15-1 TCP 서비스 TCP/IP 프로토콜 모음에서 TCP와 다른 프로토콜과의 관계는 그림 15.1에 나타나 있다. TCP는 응용 계층과 네트워크 계층 사이에 위치하고 있으며, 응용 프로그램과 네트워크 동작 사이의 매개체로서 사용된다.

  6. Topics Discussed in the Section • Process-to-Process Communication • Stream Delivery Service • Full-Duplex Communication • Multiplexing and Demultiplexing • Connection-Oriented Service • Reliable Service

  7. TCP/IP 프로토콜 그룹

  8. TCP가 제공하는 서비스 • 프로세스 대 프로세스 통신 • 스트림 배달 서비스 • 연결지향 서비스 • 신뢰성 서비스

  9. 프로세스 대 프로세스 통신 • TCP-대-IP

  10. 프로세스 대 프로세스 통신 • 포트 번호 이용

  11. 스트림 배달(Stream delivery)

  12. 스트림 배달 서비스 • TCP는 스트림 기반 프로토콜 • 바이트 스트림 형태로 데이터 송수신 • 두 개의 프로세스가 가상의 튜브로 연결 • 송신 프로세스는 바이트 스트림 생성(쓰기), 수신 프로세스는 바이트 스트림 소비(읽기)

  13. 송신(Sending) 과 수신(receiving) 버퍼(buffer) • 송/수신이 동일한 속도로 이루어지지 않을 때 버퍼가 필요

  14. TCP 세그먼트(segment) • 일련의 바이트를 세그먼트라는 패킷으로 그룹화 IP 계층에 전달

  15. TCP가 제공하는 서비스 • 전이중 통신(양방향 데이터 송수신) • 다중화와 역다중화 • 연결지향 서비스 • 두 TCP간에 가상 연결 설정 • 양방향 데이터 교환 • 연결 종료 • 신뢰성 서비스 – 확인응답 메커니즘 이용

  16. 15-2 TCP 특징 앞 절에서 언급한 서비스를 제공하기 위해서 이번 절에서는 TCP에서 가지고 있는 특징에 대해서 간략히 살펴보고, 뒷부분에서 자세히 살펴본다. • 번호화 시스템 (Numbering System) • 흐름 제어 (Flow Control) • 오류 제어 (Error Control) • 혼잡 제어 (Congestion Control)

  17. 번호화 시스템 • 바이트 번호- 모든 데이터 바이트에 번호 부여 • 송신 순서 번호 – 세그먼트에 있는 첫 번째 바이트에 순서번호 할당 • 확인응답 번호 – 자신이 수신하기를 기대하는 다음 바이트 번호

  18. Note 각 방향으로 전송되는 데이터 바이트는 TCP에 의해서 번호가 매겨진다. 번호는 임의로 생성된 값에서 시작한다.

  19. Example 15.1 TCP 연결이 5,000바이트의 파일을 전송한다고 가정하자. 첫 번째 바이트는 10,001의 번호를 가지고 있다. 만일 각각이 1,000바이트를 가지는 5개의 세그먼트에 의해서 데이터가 전달된다면, 각 세그먼트의 순서 번호는 어떻게 되는가? Solution 다음은 각 세그먼트의 순서 번호를 보여준다.

  20. Note 세그먼트 내의 순서 번호 필드의 값은 그 세그먼트에 포함되는 첫 번째 데이터 바이트의 번호를 나타낸다.

  21. Note 세그먼트 내의 확인응답 번호의 값은 수신하기를 기대하는 다음 바이트의 번호를 나타낸다. 확인응답 번호는 누적이다.

  22. 15-3 세그먼트(SEGMENT) • TCP를 자세히 살펴보기 전에, TCP 패킷 자체에 대해서 살펴보기로 하자. TCP에서의 패킷을 세그먼트라고 한다. • 형식(Format) • 캡슐화(Encapsulation)

  23. TCP 세그먼트 형식

  24. TCP 세그먼트 형식 • 발신지 포트 번호(source port address) • 목적지 포트 번호(destination port address) • 순서 번호(sequence number) • 확인 응답 번호(acknowledgement number) • 헤더길이(header length) : 4 바이트 워드 값 • 제어(control) : 제어 또는 플래그 • 예약(reserved) • 윈도우 크기(window size) • 검사합(checksum) • 긴급 포인터(urgent pointer) • 옵션(option)

  25. 제어 필드(Control field)

  26. TCP 세그먼트에 추가되는 의사헤더(Pseudoheader)

  27. Note TCP에서의 검사합의 포함은 필수 사항이다.

  28. 캡슐화(Encapsulation)

  29. 15-4 TCP 연결 TCP는 연결 지향 프로토콜이다. 연결 지향 전송 프로토콜은 발신지와 목적지 간에 가상 경로를 설정한다. 하나의 메시지에 속하는 모든 세그먼트들은 이러한 가상 경로를 통하여 전송된다. 전체 메시지를 하나의 단일 가상 경로를 이용하여 전송함으로써, 손상되거나 손실된 프레임의 재전송뿐만 아니라 확인응답 등의 처리도 가능하게 된다. 비연결형 프로토콜인 IP 서비스를 이용하는 TCP가 어떻게 연결 지향을 제공할 수 있는지 궁금할 것이다. 요점은 TCP 연결은 실제가 아닌 가상이라는 것이다. TCP는 상위 단계에서 동작한다. TCP는 수신측에게 각각의 세그먼트를 전송하기 위하여 IP의 서비스를 이용하지만, TCP 자체에서 연결을 제어한다. 손실되거나 훼손된 세그먼트는 재전송된다.

  30. TCP 연결 • 연결 설정(Connection Establishment) • 데이터 전송(Data Transfer) • 연결 종료(Connection Termination) • 연결 리셋(Connection Reset)

  31. TCP 연결 설정 • 3단계 핸드쉐이크(three-way handshake) • 클라이언트와 서버 응용 프로그램간 연결 • 서버부터 시작(수동 개방(passive open)) • 클라이언트부터 시작(능동 개방(active open)) • 클라이언트는 SYN 플래그가 1로 설정된 SYN 세그먼트 전송 • 서버는 SYN와 ACK 플래그가 1로 설정된 세그먼트 전송 • 단순한 ACK 세그먼트 전송 • 동시 개방 • SYN 플러딩 공격

  32. 3단계(three-way) 핸드쉐이크를 이용한 연결 설정

  33. Note SYN 세그먼트는 데이터를 전달하지는 않지만 하나의 순서 번호를 소비한다.

  34. Note SYN+ACK 세그먼트는 데이터를 전달하지는 않지만 하나의 순서 번호를 소비한다.

  35. Note ACK 세그먼트는 데이터를 전달하지 않는 경우에는 순서 번호를 소비하지 않는다.

  36. 데이터 전송(Data Transfer)

  37. 데이터 전송 • 양 방향 데이터 전송 • 데이터 전송과 확인응답을 동시에 전송(piggyback) • 푸싱(pushing) 데이터 • 푸쉬 비트를 설정하여 푸쉬 동작 요구 • 윈도우가 다 찰 때까지 기다리지 않는다는 것 • 긴급 데이터 • URG 비트를 1로 설정, 긴급을 알림

  38. 3단계(three-way) 핸드쉐이크를 이용한연결 종료

  39. Note 데이터를 포함하지 않는 FIN 세그먼트는 하나의 순서 번호를 소비한다.

  40. 절반-닫기(half-close) • 한쪽에서는 데이터를 수신하면서 데이터 전송 종료 가능 • 어느 쪽이든 요청 가능 • 서버가 모든 데이터를 수신한 후에 처리를 시작하는 경우 발생(예:정렬(sort))

  41. 절반-닫기(Half-Close)

  42. Note 데이터를 포함하지 않는 FIN+ACK 세그먼트는 하나의 순서 번호를 소비한다.

  43. 15-5 STATE TRANSITION DIAGRAM 연결 설정, 연결 종료, 그리고 데이터 전송 기간 동안 발생하는 여러 가지의 이벤트들을 관리하기 위하여, TCP 소프트웨어는 그림 15.13에 나타나 있는 것과 같이 유한 상태 기기(FSM: Finite State Machine)를 이용하여 구현된다. • 시나리오(Scenario)

  44. 상태 천이 다이어그램(State transition diagram)

  45. Note FSM 내의 ESTABLISHED로 표시된 상태는 사실 두 개의 서로 다른 조합의 상태이며, 각각은 클라이언트와 서버의 데이터 전송을 위한 것이다.

  46. 연결설정과 반-닫기 종료 천이 다이어그램

  47. 연결 설정과 반-닫기 종료의 시간 축 다이어그램 TCP/IP Protocol Suite

  48. 일반적인 시나리오의 천이 다이어그램

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