Week4 Transport Layer - UDP, TCP
UDP, TCP
UDP에 대해 설명해주세요
비연결형이면서 비신뢰성을 특징으로 하는 전송 계층 프로토콜
TCP와 달리 순서 보장이나 데이터 손실 복구 등의 기능이 없습니다.
패킷 손실이 발생
연결 설정 없이 데이터를 바로 전송하기 때문에 속도가 매우 빠릅니다.
데이터그램 기반 전송 방식을 사용하여, 각각의 데이터그램이 독립적으로 전송하며 순서 재조립 로직을 제공하지 않습니다.
UDP의 장단점을 설명해주세요
장점
핸드쉐이크가 필요가 없는 비신뢰성이고 비연결성이라서 데이터를 바로 전송하여 속도가 빠릅니다.
순차적으로 처리되지 않아도 큰 문제가 없는 스트리밍같은 곳에 사용됩니다.
1:1 / 1:N 통신을 할 수 있어서 멀티캐스트나 브로드캐스트와 같은 대규모 전송에 유용.
단점
패킷 손실이 발생할 수 있고, 데이터 손실 복구 등의 기능이 없습니다.
TCP와 다르게 혼잡제어, 흐름제어가 없습니다.
UDP의 체크섬에 대해 설명해주세요
체크섬은 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 검출하기 위한 메커니즘
UDP에셔 체크섬은 단순히 오류 검출만 수행하고, 오류가 발생하더라도 TCP와는 다르게 이를 수정하거나 재전송하지 않습니다.
신뢰적 데이터 전송의 원리 중 전송 후 대기 프로토콜이 뭔가요?
Stop and Wait Protocol.
신뢰적인 데이터 전송을 보장하는 가장 기본적인 프로토콜 중 하나
데이터 전송 -> 수신 확인(Ack) -> 다음 패킷 전송 -> 재전송
하나의 패킷만 전송하여 느리지만 신뢰성을 보장.
파이프라인 프로토콜이 뭔가요?
Stop and Wait 프로토콜의 비효율성을 개선하기 위한 방식
파이프라이닝은 여러 패킷을 연속적으로 전송하면서 동시에 수신 확인 응답(ACK)을 기다리는 방식
전송 속도 향상.
Go Back N 방식: 오류 발생시 해당 패킷 이후 모든 패킷을 재전송
Selective Repeat 방식: 특정 패킷만 재전송
파이프라인 이라는 개념은 여러 단계를 병렬로 처리하여 전체적인 처리 효율을 높이는 방식
TCP에 대해 설명해주세요
연결 지향형이면서 신뢰성을 보장하는 전송 계층 프로토콜
흐름 제어: 수신 측의 처리 능력을 고려한 전송을 수행
혼잡 제어: 송신 측은 네트워크 상황을 감지하여 혼잡 윈도우(congestion window)를 조절하며, 데이터 전송 속도를 동적으로 변경 (AIMD +Increase /2 Decrease, Slow Start)
3-way handshake에 대해 설명해주세요
TCP 프로토콜에서 클라이언트와 서버 간의 연결을 설정하는 과정
SYN (Synchronize) - 클라이언트 → 서버
SYN-ACK (Synchronize-Acknowledge) - 서버 → 클라이언트
ACK (Acknowledge) - 클라이언트 → 서버
4-way handshake에 대해 설명해주세요
4-way handshake는 TCP 연결을 종료할 때 사용하는 절차. 주요 패킷은 FIN(Finish)과 ACK(Acknowledgment)
클라이언트 → 서버: FIN
서버 → 클라이언트: ACK
서버 → 클라이언트: FIN
클라이언트 → 서버: ACK
TCP 빠른 재전송(Fast Retransmit)에 대해서 설명해주세요
패킷 손실이 발생했을 때, 이를 빠르게 감지하고 재전송을 신속히 수행하기 위한 메커니즘
TCP 재전송 메커니즘은 타임아웃을 기다린 후 손실된 패킷을 재전송하는 방식이지만, 빠른 재전송은 중복된 ACK을 통해 타이머를 기다리지 않고 신속하게 손실된 패킷을 재전송
원래는 수신측에서 ACK를 한번만 보냄 -> 계속 보냄
time out을 기다리지않고, 중복된 ack를 송신측이 받으면 조금 더 빠르게 대처 가능
상황 1:
송신측: 1,2,3,4,5,6,7,8 을 보낸 상황.
수신측: 1,2,3,5,6,7,8 일때, 손실 전, 3에 대한 Ack(4)을 5,6,7 대신 보냄.
송신측: 4만 보내게되고, 5,6,7은 받았으므로 처리하지않고, 다음 7에 대한 ACK(8)를 보냄.
수신측: 8을 보냄.
상황 2:
송신측: 1,2,3,4,5,6,7,8 을 보낸 상황.
수신측: 1,2,3,6,7,8 일때, 손실 전, 3에 대한 Ack(4)을 6,7,8 대신 보냄.
송신측: 4만 보내게됨.
수신측: 4를 받았지만 5도 손실이 발생해서 Ack(5)를 6,7,8 대신 보냄.
송신측: 5만 보내게됨.
수신측: 6,7,8 은 있으므로 Ack(9)을 보내게됨.
TCP에서 혼잡제어(Congestion Control)에 대해 설명해주세요
네트워크의 혼잡 상태를 감지하고, 그에 맞춰 송신 측의 데이터 전송 속도를 조절하는 메커니즘
네트워크 과부하를 방지하고, 패킷 손실과 지연을 줄이기 위해 설계
Slow Start: 전송이 성공할때마다 혼잡 윈도우를 2배씩 증가.
Congestion Avoidance(혼잡 회피): 임계값에 도달하면 혼잡 윈도우 증가속도를 선형적으로 변경
Fast Retransmit(빠른 재전송): 중복된 ACK가 3번 발생하면 타이머를 기다리지않고 재전송
Fast Recovery(빠른 복구): 패킷 손실후 혼잡 윈도우를 절반으로 줄임.
TCP에서 흐름제어(Flow Control)에 대해 설명해주세요
수신 측의 처리 능력을 고려하여 송신 측이 보내는 데이터의 양을 조절하는 메커니즘. 수신 측의 버퍼가 넘치지 않도록 데이터를 제어
윈도우 크기(Window Size): TCP는 데이터 전송 시 수신 측의 버퍼 크기에 맞춰 전송량을 조절합니다. 수신 측은 자신의 버퍼가 얼마나 남았는지를 계산하여 윈도우 크기로 송신 측에 알립니다. 송신 측은 이 윈도우 크기만큼 데이터를 전송할 수 있습니다.
슬라이딩 윈도우(Sliding Window): TCP는 슬라이딩 윈도우 메커니즘을 사용합니다. 수신 측에서 ACK을 보낼 때마다 윈도우 크기를 업데이트하여, 송신 측이 그에 맞춰 데이터를 보내게 됩니다. 만약 수신 측의 버퍼가 가득 차게 되면, 수신 측은 윈도우 크기를 0으로 설정해, 송신 측이 더 이상 데이터를 보내지 않도록 합니다.
윈도우 크기 조정: 송신 측이 데이터를 전송하면, 수신 측은 데이터를 처리하고 ACK을 보냅니다. 이때 수신 측은 남은 버퍼 공간에 맞게 새로운 윈도우 크기를 설정하여 송신 측에 전송합니다. 이렇게 하면 송신 측은 수신 측의 처리 능력에 맞춰 데이터를 전송할 수 있게 됩니다.
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