TCP 프로토콜 - 전송 계층의 기능

데이터 링크 계층
데이터 링크 계층은 물리적으로 직접 연결된 두 장치 사이의 데이터 전송을 담당.

주요 특징
물리적 연결: 직접 연결된 두 물리적 호스트(컴퓨터나 라우터) 사이의 통신을 관리
프레이밍: 데이터를 프레임 단위로 나누어 전송
물리적 주소 지정: MAC 주소를 사용하여 장치를 식별
오류 제어: 물리적 연결에서 발생할 수 있는 오류를 감지하고 수정

 

전송 계층
전송 계층은 네트워크의 끝단에 위치한 통신 주체들 사이의 데이터 전송을 담당.

주요 특징

논리적 연결: 라우터로 연결된 컴퓨터 네트워크를 통해 데이터를 주고받음.
종단 간(End-to-End) 통신: 송신자와 수신자 사이의 전체 경로에 걸친 통신을 관리
포트 번호 사용: 애플리케이션을 식별하기 위해 포트 번호를 사용
신뢰성 있는 데이터 전송: TCP의 경우, 데이터의 정확한 전달을 보장하기 위해 흐름 제어와 오류 제어를 수행

전송 계층과 데이터 링크 계층의 차이

데이터 링크 계층은 단순히 물리적인 선로를 통해 데이터를 직접 전달하기 때문에 네트워크 계층의 중개 기능이 필요 없다.

 

전송계층의 주요 기능

흐름 제어

데이터 링크 계층보다 상대적으로 복잡
송신자가 보낼 수 있는 패킷의 한계를 지정하는 방법(ex:슬라이딩 윈도우 프로토콜)으로 문제를 해결

오류 제어

데이터 변형, 데이터 분실 오류
재전송 기능으로 복구

분할과 병합

분할(segmentation) : 데이터 전송 전 적합한 크기로 나누는 과정

병합(reassembly) : 수신 프로세스가 수신한 데이터를 원래 크기로 다시 모으는 과정

서비스 프리미티브

전송 계층 사용자가 전송 계층 서비스를 사용하기 위한 인터페이스
기본적인 서비스로 연결형(신뢰성 향상)과 비연결형 서비스를 제공

 

전송 계층 설계 시 고려 사항 (주소 표현, 멀티플렉싱, 연결 설정 관리)

주소 표현

네트워크 계층의 호스트 IP + 전송 계층의 포트 번호의 조합은 주소 표현 방식의 하나
전송 계층에서의 주소를 보통 TSAP (Transport Service Access Point)라고 함

구조적 표현
- 여러 개의 계층적 필드로 구분
- http://www.korea.co.kr
비구조적 표현
- 주소 값만으로는 컴퓨터의 논리적 위치를 파악하기 어려움
- 일련번호 (ex : 학생들에게 1번, 2번, 3번.. 식의 번호를 부여하는 것=> 비 구조적)
IP 주소
- 네트워크와 호스트의 계층적인 정보 제공
- 위치 정보와 관련해서는 비구조적 특징
• IP 주소가 특정한 지리적 위치와 일치하지 않으며, 위치 정보가 고정적이지 않고 동적이며, 정확한 위치 추정에 한계가 있다는 것을 의미. IP 주소는 장치를 식별하는 데 중요한 역할을 하지만, 지리적 위치를 명확하게 나타내는 방법으로는 적합하지 않음

IP 주소와 같은 비구조적인 주소 체계에서도 추가적인 정보를 사용하여 위치 정보를 제공할 수 있고, 실제 인터넷에서 이러한 방식으로 라우팅이 이루어짐.

 

멀티플렉싱

개별적으로 설정된 전송 계층 연결에서 TPDU(전송 데이터의 단위)의 목적지가 동일한 호스트이면 이들 데이터를 하나의 가상 회선에 실어 전송하는 것이 효율적일 수 있다.

멀티플렉싱의 종류(상방향, 하방향)

멀티플렉싱

상방향

- 다수의 전송 계층 연결을 하부의 네트워크 계층에서 하나의 연결로 형성
- 네트워크 계층의 가상 회선 연결의 개수를 줄일 수 있음 => 연결 설정에 걸리는 시간 단축

하방향
- 하나의 전송 연결 설정을 의미하는 포트에 다수의 가상 회선을 할당

- 전송 속도뿐 아니라, 전송 계층에서 발생하는 데이터의 특성에 따라 개별 가상 회선을 할당하여 효과적 통신 가능

- ex : 전송 연결에서 송신하고자 하는 데이터의 종류가 영화 파일이면 그 내용을 영상, 음성, 모국어, 외국어 자막 등으로 구분해 네트워크             연결을 개별적으로 설정할 수 있음.

          구분한 데이터는 오류 허용 범위, 전송률 등의 트래픽 특성에 따라 가상 회선을 할당할 수 있기 때문

 

 

연결 설정

 

연결 설정은 개념적으로 양자 합의가 필요

 

Conn_Req : 프로세스 연결 설정 요구

Conn_Ack : 상대방 프로세스의 연결 수락 응답

 

2단계 설정 과정은 통신 양단의 연결 설정을 위한 최소한의 단계

 

 

 

 

 

 

 

실제 통신 환경 : 프리미티브가 전달되는 과정에서 분실, 변형, 복사

등의 오류 발생 가능성에 대해 고려해야 함

오른쪽 그림은 오류가 발생하지 않은 정상적인 상태에서 3단계 설

정(Three-way handshake)의 동작 과정

Conn_Req의 오류 가능성 때문에 Conn_Ack가 필요한 것처럼 Conn_Ack의 오류 가능성 때문에 Conn_Ack_Ack 도 필요하다. 마찬가지로 Conn_Ack_Ack도 오류 가능성이 있으므로 이론적으로 긍정 응답 기능은 무한히 반복되어야 한다. 실제 통신 프로토콜에서는 3단계 과정에서 오류가 발생하지 않으면 연결 설정이 이루어진 것으로 처리한다.

 

 

 

만약 위의 정상적 상황에서 A 프로세스에 전송할 데이터가 있으면 오른쪽 그림처럼 Conn_Ack_Ack 대신 바로 데이터를 요청할 수 있다.

여기서는 Data_Req가 Conn_Ack_Ack 기능까지 수행한다고 볼 수 있다. 따라서 외형상 개념적인 연결 설정으로 보이지만 실제는 3단계 연결 설정으로 해석이 가능하다.

 

A 프로세스는 임의 송신 순서 번호 x를 지정하여 연결 설정을 요청

이를 수신한 B 프로세스는 자신의 초기 순서 번호 y와 연결 설정을 요구하는 순서 번호 x를 포함하여 응답을 보낸다.

 

연결 요구에 대한 응답 Conn_Ack를 받은 A 프로세스는 Conn_Ack를 잘 받았다고 B 프로세스에 응답해야 되기 때문에 Con_Ack_Ack를 보내야 하지만, 이과정을 생략하고 데이터를 전송하고 있다. 만일 A 프로세스에 전송할 데이터가 없으면 Conn_Ack_Ack를 전송해야 한다.

 

연결 해제

일방적 연결 해제 절차

일방적 연결 해제 절차 방식에서는 통신하는 한쪽 프로세스가 일방적으로 연결 해제 요청인 Disc_Req를 전송해 연결 종료를 선언할 수 있다. Disc_Req에 대한 상대 프로세스의 동의가 없어도 연결이 끊기는 방식이다.

그림은 양방향 통신을 지원하는 연결을 하나의 원통으로 표현하였고, 한쪽 프로세스가 Disc_Req를 전송한다는 의미는 이 원통의 기능을 정지시켜, 둘 사이의 연결이 해제되는 것을 의미한다.

해당 방식은 전송할 데이터가 남거나, 전송 중이지만 아직 완료되지 않은 상태에서 연결 종료가 이루어질 수 있는 문제가 존재한다.

 

점진적 연결 해제 절차

위는 점진적 연결 해제 절차 방식을 표현한 그림으로 하나의 연결에 2개의 단방향 연결을 지원하는 원통이 존재하는 것으로 이해할 수 있다.

따라서 A 프로세스의 데이터 전송 과정 중에 B 프로세스의 연결 해제 요구가 발생해도 아래쪽 원통 기능만 정지하고, 위쪽 원통으로 A 프로세스가 전송해야 하는 데이터를 계속해서 전송할 수 있다. 

두 프로세스 사이의 연결을 완전히 종료하려면 양쪽에서 자신에게 할당된 단방향 원통 기능을 명시적으로 정지해야 된다.

따라서 점진적 연결 해제 절차 방식에서는 두 프로세스 모두 Disc_Req를 전송해야 연결이 해제된다.

 

 

 

참고 자료 :

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 3판 - 박기현 지음