[Network] TCP란?

• 이 글은 "모두의 네트워크" 책을 참고하여 작성하였습니다.

TCP란?

• 전송계층에서 신뢰성/정확성을 우선시 하는 연결형 통신 프로토콜을 TCP 라고 합니다.

• 데이터 송신 시에는 캡슐화 과정을 거치게 되는데 전송 계층에서 TCP 프로토콜로 전송한다면 TCP 헤더를 붙이게 됩니다. 이 TCP 헤더가 붙은 데이터를 세그먼트라고 한다.

• TCP는 연결형 통신으로 데이터를 전송하기 전에 연결이라는 가상의 독점 통신로를 확보해야 합니다. 이 연결을 확립한 후에 데이터를 전송할 수 있습니다.

• TCP헤더의 코드 비트 (URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN) 부분이 연결 제어 정보가 기록되는 곳입니다. 각 비트별로 역할이 있지만 연결을 확립하기 위해서는 SYN(연결 요청), ACK(확인 응답)가 필요합니다.

3-way 핸드셰이크란?

• 데이터를 주고 받기 전에 연결을 확립하여야 하는데 SYN와 ACK를 사용하여 확립할 수 있습니다.

• 신뢰할 수 있는 연결을 하려면 데이터를 전송하기 전에 패킷을 교환하는데 위 그림처럼 3번을 확인합니다.

• 먼저 컴퓨터1에서 컴퓨터2에게 연결 확립 요청(SYN)를 보냅니다.

• 컴퓨터2는 컴퓨터1에게 허가한다는 확인 응답(ACK)를 보내고 컴퓨터 2도 컴퓨터 1에게 데이터 전송 허가를 받기 위해 연결 확립 요청(SYN)를 보냅니다.

• 컴퓨터1은 다시 컴퓨터2에게 연결확립 응답(ACK)를 보내게 됩니다.

• 이처럼 데이터를 송신하기 전에 연결 확립을 위해 패킷을 3번 교환하는 것을 3-WAY 핸드셰이크라고 합니다.

• 마찬가지로 연결을 끊을 떄는 FIN과 ACK를 사용하는데, FIN은 연결 종료를 뜻합니다.

일련번호와 확인 응답 번호의 구조

• TCP는 데이터를 분할해서 보내는데 일련번호는 송신측에서 수신측에게 수신한 데이터가 원래의 데이터 중 분할했을 때의 몇 번째 데이터인지 알려주는 역할을 합니다. 수신자는 일련번호를 통해 원래의 데이터 중 몇 번째 데이터인지 알 수 있습니다.

• 확인응답번호는 수신 측이 몇 번째의 데이터를 수신했는지 송신측에 알려주는 역할을 합니다. 분할된 조각 데이터가 아닌 원래의 데이터를 몇 번 수신했는지 알려주는 역할도 하고 이 번호는 다음 번호의 데이터를 요청하는 데도 사용됩니다.

• 일련번호와 확인 응답 번호를 사용해서 데이터가 손상되거나 유실된 경우 데이터를 재전송하게 됩니다.

윈도우 크기란?

• 기존 세그먼트를 보낼 때마다 확인 응답을 받는 통신의 방법이 매우 비효율적입니다.

• 따라서 매번 확인 응답을 기다리는 대신 세그먼트를 연속으로 보내고 난 다음에 확인 응답을 반환하면 효율이 높아집니다.

• 보내는 속도와 확인 응답을 반환하는 속도가 다르기 때문에 받은 세그먼트를 버퍼라는 임시 저장소에 저장합니다. 이를 통해 세그먼트를 연속해서 보내도 수신 측은 대응할 수 있고 확은 응답의 효율도 높아집니다.

• 수신 측은 오버플로(overflow)를 방지하기 위해 버퍼의 한계 크기 즉, 윈도우 크기를 알아야 합니다.

• 윈도우 크기는 얼마나 많은 용량의 데이터를 저장해 둘 수 있는지를 나타내는 것입니다. 윈도우 크기의 초깃값은 3-way 핸드셰이크를 할 때 판단합니다.

포트 번호의 구조

• 연결 확립, 재전송 제어, 윈도우 제어 이 기능에 의해 TCP 데이터를 정확하게 전달할 수 있습니다.

• 전송 계층에서는 이외에도 전송된 데이터의 목적지가 어떤 애플리케이션인지 구분하는 역할이 있습니다.

• 따라서 TCP 헤더의 출발지 포트 번호와 목적지 포트 번호가 필요합니다. 이러한 포트번호를 사용해서 웹 브라우저인지 메일 프로그램인지 등 애플리케이션을 구분할 수 있습니다.

• 포트 번호는 0부터 65535번을 사용할 수 있고, 0에서 1023포트까지는 주요 프로토콜이 사용하도록 예약되어 있는 잘 알려진 포트라고 합니다. 1024번은 예약되어 있지만 사용하지 않는 포트고, 1025번 이상은 랜덤 포트라고 해서 클라이언트 측의 송신 포트로 사용됩니다.

• 포트번호를 붙이지 않고 통신하면 컴퓨터에 데이터가 도착하더라도 애플리케이션까지는 도착할 수 없습니다.