[네트워크] TCP/IP (흐름제어/혼잡제어)

TCP 통신이란?

- 신뢰성과 순차성을 가진 네트워크 통신 방식

- 신뢰성 없는 네트워크 환경에서 reliable함을 보장

- network congestion avoidance 알고리즘 사용

 

신뢰성 보장 시 발생가능 문제

1. 손실 : 송수신 시 패킷 손실

2. 순서바뀜: 패킷 순서가 바뀜

3. congestion : 네트워크가 혼잡

4. overload : 수신자 버퍼 용량 초과

 

흐름제어

- 송수신 간 데이터 처리 속도 차를 해결하기 위한 기법

- 수신측이 송신측보다 처리속도가 느릴 때 문제 발생

- 수신측에서 제한된 용량이 초과 시 데이터가 손실될 수 있으며, 손실된다면 불필요하게 응답과 데이터 전송이 송수신 간에 빈번이 발생하게 됨

 

🗝 해결법

1. Stop and Wait

- 매번 전송한 패킷에 대해 확인 응답을 받아야만 그 다음 패킷을 전송

 

2. Go Back N (Sliding Window)

- 수신측에서 설정한 window size (=송신 후 수신까지 동안 전송가능한 패킷의 수)만큼 세그먼트를 송신

- 송신측은 ack 프레임을 받으면 ack 프레임 수만큼 경계가 확장됨

- 송신측에서 ack가 안된 가장 오래된 패킷 번호부터 돌아가서 다시 순서대로 보낸다

 

혼잡제어

- 송신측의 데이터는 지역망이나 대형 네트워크를 통해 전달된다. 만약 한 라우터에 데이터가 몰릴 경우, 자신에게 온 데이터를 모두 처리할 수 없게 된다. 혼잡이 가중되면 오버플로우나 손실이 발생할 수 있다.

- 따라서 송신측에서 보내는 데이터의 전송속도를 강제로 줄임

- 혼잡: 네트워크 내에서 패킷 수가 과도하게 증가하는 현상

- 혼잡제어: 혼잡현상을 방지하거나 제거하는 기능

 

🗝 해결법

1. AIMD (Addictive Increase/Multiplicative Decrease)

- 처음에 패킷을 하나씩 보내고 문제가 없으면 window size를 1씩 증가시키며 전송 ws+1

- 전송실패하거나 time-out이 되면 패킷 보내는 속도를 절반으로 줄임  ws*0.5

- 네트워크에 참여한 순서와 관계없이 모든 호스트의 window size가 평행 상태로 수렴하게 되는 특징.

- 문제점: 네트워크의 대역폭이 펑펑 남아도는 상황에도 너무 조금씩 늘리면서 접근하므로, 제대로 된 속도로 통신하기까지 시간이 오래 걸림

 

2. Slow start

- 처음에 패킷 하나씩 보내고, 문제가 없으면 각각의 ack 패킷마다 window size를 1씩 늘려주기 때문에 한 주기가 지나면 window size가 2배로 된다.  지수함수꼴로 증가

- 혼잡현상 발생 시 window size를 1로 떨어뜨림 -> 혼잡현상이 발생했던 window size의 절반까지는 지수함수꼴로 증가 -> 그 이후는 1씩 증가

 

3. 빠른 재전송

- 혼잡제어 추가된 정책 중 하나

- 먼저 도착해야 할 패킷이 나중에 도착하더라도 ack 패킷을 보냄

- 단, 순서대로 잘 도착한 마지막 패킷의 다음 패킷 순번을 ack 패킷에 실어서 보내므로, 중간에 하나가 손실되면 송신 측에서 순번이 중복된 ack 패킷을 받게 되고, 이를 감지하는 순간 재전송함

- 중복 패킷을 3번 받으면 재전송 -> 혼잡감지하고 window size를 줄임

- Tahoe는 기본적으로 Slow start를 사용하다가 혼잡이 느껴지면 AIMD로 전환하는데, 빠른 재전송을 처음으로 도입한 방법

 

4. 빠른 회복

- 혼잡한 상태가 되면 window size를 1로 줄이지 않고 반으로 줄이고 선형증가시킴

- 빠른 회복을 적용하면 혼잡상황을 한번 겪고 나면 순수한 AIMD 방식으로 동작함

- Reno는 빠른 회복을 도입한다.

 

참고

https://evan-moon.github.io/2019/11/26/tcp-congestion-control/

https://gyoogle.dev/blog/computer-science/network/%ED%9D%90%EB%A6%84%EC%A0%9C%EC%96%B4%20&%20%ED%98%BC%EC%9E%A1%EC%A0%9C%EC%96%B4.html