[Network] TCP 흐름제어

TCP란 기본적으로 신뢰성 있는 네트워크를 보장할 수 있도록 하는 프로토콜을 말합니다. 신뢰성있는 네트워크를 보장하기 위해서는 아래의 조건들을 모두 보장해야 합니다.

1. 손실 - 패킷이 손실될 수 있는 문제
2. 순서바뀜 - 패킷의 도착 순서가 바뀌는 문제
3. Congestion - 네트워크가 혼잡한 문제
4. Overload - 수신측이 overload되는 문제

흐름제어

송신측의 패킷 전송 속도가 수신측의 패킷 처리 속도보다 빠를 경우, 수신측의 버퍼에 overflow가 발생하여 패킷이 손실되는 문제가 발생합니다. 패킷이 손실되면서 불필요한 응답과 데이터 전송이 송/수신 측 간에 반복되게 됩니다.

따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 송신 측의 패킷 전송량을 수신측에 따라 조절해야 하며 이를 흐름제어라고 합니다.

흐름제어 방식

• Stop & Wait

매번 전송한 패킷에 대한 확인 응답을 받아야지만 그 다음 패킷을 전송하는 방법.

단순하지만 패킷을 보내고 기다리고를 반복하게 되므로 너무 느리다는 단점이 존재합니다. 실제로 현재 Stop and wait 방식을 사용하는 네트워크는 없습니다.

• Sliding Window

수신측에서 설정한 window 크기만큼 송신측에서 확인 응답에 상관없이 패킷을 한번에 전송하여 데이터 흐름을 동적으로 조절하는 제어방식을 말합니다.

window의 크기만큼의 패킷전송이 완료되었다는 ACK가 발생하면 window를 옆으로 옮김$($Slide)으로써 다음 패킷들을 전송합니다.

Window란? : TCP/IP를 사용하는 모든 호스트들은 송/수신을 위한 2개의 window를 갖고 있습니다.
호스트들은 데이터를 보내기 전에 3-way-handshake를 통해 수신측 window size에 송신측 window size를 맞추게 됩니다.

위 그림을 예로들자면 송/수신 측의 window 크기는 7이므로 한번에 최대 7개의 패킷을 동시에 전송할 수 있음을 의미합니다.

송신측에서 Data 0, 1을 보내고 윈도우가 두칸 줄어든 것을 볼 수 있습니다. 수신측에서는 0,1 데이터를 잘 받았다는 ACK2를 한번 보내주고, window 크기가 두칸 왼쪽으로 늘어난 것을 확인할 수 있습니다. 이런식으로 window가 옆으로 미끄러 진다 해서 Sliding window라고 부릅니다.

• Rate Control

ACK를 사용하는 이상 송/수신 측간의 대기 시간은 항상 존재하게 됩니다. 따라서 고안된 방법이 ACK를 아예 사용하지 않는 rate-base 방법입니다.

송신측에 할당된 패킷 전송률을 주고, 패킷이 전송률을 초과해서 전송되지 않도록 보장하는 방식입니다.

위의 그림과 같이 Avg data rate, Maximum burst size, Peak등을 설정하여 ACK없이도 흐름제어를 가능케 하는 방법으로 이러한 설정값을 넘어가는지 감시하는 기술을 Policing 이라고 합니다.