[컴퓨터네트워크] 3. Transport Layer (5)

3.5.2 reliable data transfer

TCP reliable data transfer

TCP는 network 계층 위의 transport 계층에서 host-to-host reliable data trasfer를 한다. Network 계층은 unreliable transfer을 하기 때문에 TCP는 reliable data transfer를 해야 한다.

• Pipelined segments
• Cumulative ACKs
• Single retransmission timer per connection
  <-- 내보낸지 가장 오래된 segment가 timer setting을 결정한다.

▷ Retransmission is triggered by:

• timeout events: ACK이 안 오면, packet loss라고 생각하고 retransmit한다.
• 3 duplicate ACKs (fast retransmission)

 
 

TCP sender events:

1. Data received from application layer.

1. Create segment with seq #. (이거 보낼게)
   cf) seq #: byte stream
2. Start timer if not already running. (지금 내보내는 segment가 가장 오래된 segment라면(sent, not yet ACKed), timer를 시작한다.)

2. timeout: ACK이 안 온다!

1. Timeout은 packet loss 또는 ACK loss에 의해 발생할 수 있지만, packet loss라고 생각하고 retransmit segment that caused timeout.
2. Restart timer.

3. ACK received

1. Update "sent, ACKed".
2. Start timer. (남아있는 sent 중에 가장 오래된 segment로 timer를 시작한다.)

 

TCP sender

SendBase, NextSeqNum

• SendBase: sent 했으나, ACK 받지 못한 첫 번째 번호
• NextSeqNum: 다음 segment의 seq # (window 크기 내에서 사용 가능하지만, 사용하지 않은 첫 번째 번호)

 

TCP sender

0. 처음 시작:

• NextSeqNum = InitSeqNum
• SendBase = InitSeqNum

1. Data received from application above --> Create segment

• NextSeqNum: 새로운 seq # 설정 (NextSeqNum = NextSeqNum(sent, not-yet ACKed가 됨) + legth(data))
• If (timer currently not running), start timer;

2. Timeout --> Retransmit not-yet-ACKed segment with smallest seq #.

• Start timer.

3. ACK received, with ACK field 'y'. (ACK 번호 y: (y-1)까지 잘 받았고, y를 기대해)

• if (y > SendBase), SendBase = y: 중간에 빠진 ACK이 있더라도 SendBase를 업데이트한다.
• if (there are currently not-yet-ACKed segments), start timer;
  else, stop timer;

Cf) What if (y < SendBase)?
SendBase: 이제 ACK되어야 할 번호. 그런데 그것보다 작은 번호를 ACK 받았다?
== 중복 ACK을 받았다는 것!
 
 

TCP receiver: ACK generation

Case 1) in-order segment를 받았을 때

▶ Case 1-1) 다른 보낼게 없으면: delay ACK. (for 500ms; maximum 한계)
▶ Case 1-2) 다른 보낼게 있으면(ACK delay하고 있는 segment가 있으면: immediately send single cumulative ACK.
 

Case 2) out-of-order segment를 받았을 때

▶ Case 2-1) 내가 원하지 않는 순서의 segment가 도착해서 gap이 생겼다: duplicate ACK(중복 ACK) - 기대하는 ACK이 올 때까지
▶ Case 2-2) 내가 원하는 순서의 segment가 도착했다: immediate send ACK.
 
 

TCP: retransmission scenarios

Lost ACK scenario

Lost ACK scenario

: 중간에 ACK이 없어짐... 다시 보내서 ACK을 받는다.
 

Premature timeout

Premature timeout

: Premature timeout 발생... 좀 더 기다리면 되었을 텐데... 데이터를 다시 전송한다.
하지만! ACK은 그 다음 120번으로 받음! cumulative ACK이니까 오히려좋아! ^^
 
 

TCP fast retransmit

• Problem: timeout period는 너무 길다... 그거 다 기다리다간 throughput이 너무 적어지겠어.
• Solution: 3-duplicate ACKs를 받으면, fast retransmit!

: timeout 발생 전에 duplicate ACK을 3번 받으면, segment loss detection 가능 --> fast retransmit!
 

TCP fast retransmit: example

TCP fast retransmit: example

 

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3.5.3 flow control

TCP flow control

Problem: sender가 receiver에 데이터를 너무 빠르게 보내서, receiver buffer overflow가 발생할 수 있다.
Solution: flow control!

• Flow control: receiver가 sender가 보낼 수 있는 데이터의 양을 컨트롤하는 것

Flow control

 

TCP flow control (Cont'd)

TCP flow control

1. TCP receiver는 <receive window>를 통해 free buffer space를 sender에게 알려준다.

• RcvBuffer: 총 버퍼 공간
• rwnd: free buffer space

2. Sender limits amount of unACKed data to receiver's rwnd.
2. Receiver buffer가 overflow되지 않는다.
 

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3.5.4 connection management

Agreeing to establish a connection

2-way handshake

 

Connection Management

▶ Handshake:

• Agree to establish connection.
• Agree on connection parameters. (예: starting seq #)

Connection Management

 

2-way handshake scenarios

Case 1) No problem!

No problem!

 

Case 2-1) Problem: half open connection!

Problem: half open connection!

 

Case 2-2) Problem: duplicated data accepted!

Problem: duplicated data accepted!

 
 

TCP 3-way handshake

TCP 3-way handshake

 

TCP 3-way handshake: FSM

TCP 3-way handshake: FSM

1. server: welcom socket이 listen하고 있다.
2. client - SYN(seq = x): SYN msg를 보낸다. 이때, initial seq #를 선택한다.
3. server - SYNACK: SYN msg에 대한 ACK을 보낸다. 이때, client의 initial seq #에 대한 ACK을 보내고, 자신도 initial seq #를 선택한다.
4. client: establised!
5. client - ACK: SYNACK에 대한 ACK을 보낸다.
6. server: established!

 

TCP: Closing a TCP connection

: Closing 할 때는 3-way handshake를 하지 않고, 각자 independent하게 close한다.

Closing a TCP connection

1. client - FINbit = 1; 난 마지막이야.
2. server - ACKbit = 1; 알겠어.
3. server - FINbit = 1; 나도 끝낼게.
4. client - ACKbit = 1; 알겠어.

Cf) client - TIMED_WAIT
: server의 종료 요청에 대한 ACK이 사라지지 않았는지 확인하는 시간