컴퓨터네트워크 05주차 Transport Layer 02

주 교재 : Computer Networking : A Top-Down Approach

 

5주차 Transport layer 02

1. Principles of reliable data transfer
2. Connection-oriented transport: TCP
3. Principles of congestion control
4. TCP congestion control

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1. Principles of reliable data transfer

reliable한 channel로 데이터가 전송되면 좋겠지만, 여러 가지 환경에 따라 channel의 상태가 바뀌기 때문에

unreliable한 channel에서 reliable 하게 데이터 통신이 일어나야 한다.

1. Stop-and-wait
2. Pipelined protocols
   - 1. Go-back-N
   - 2. Seletive Repeat

#Stop-and-wait

pkt(packet)을 보내고, 그에 대한 응답으로 ack(acknowledgement code)을 받는다.

• Ack : 보낸 packet을 잘 받았는지 알려주는 것. sequence number를 달아서 판단하는 것이 가장 단순한 방법.

ack가 도착하지 않으면, timeout 했다가 다시 해당 pkt를 전송한다.

• Timeout
  - 너무 짧으면 ack를 수신 중에 다시 pkt를 전송
  - 너무 길면 리소스 낭비
  - 적당한 게 좋음 => RTT를 고려해서 Tiemout 시간을 설정함

• 단점
  - pkt 하나를 보내고 그에 대한 ack를 기다려야 하기 때문에 병렬 처리가 안된다.
  => 속도가 느리다.

#Pipelined protocols: overview

• Pipelined : ack 수신과 상관없이 계속해서 pkt을 전송함

1. Go-back-N
   - 계속해서 pkt을 보내다가, 도착하지 않은 pkt으로 돌아가서 N개만큼 다시 전송
   - N : Window Size, 안 온 데이터에 대한 크기, 숫자, 개수
   - receiver는 오직 누적 ACK를 전송한다.
   - sender는 가장 오래된 unACKed packet에 대한 timer를 가지고 있다.
       - Timer가 만료되면, unACKed packet을 기준으로 뒤의 packet을 다 재전송한다.
   - Best Case : 5번 pkt이 안 왔는데 그 뒤로 N개만큼의 데이터가 싹 다 안 온 경우
   - Worst Case : 5번 pkt만 안오고 그 뒤로 N개만큼의 데이터가 다 도착한 경우
                           => 뒤로 도착한 N개를 버리고 5번부터 N개 만큼 재전송
2. Selective Repeat
   - unACKed packet만 전송
   - receiver는 각각의 packet에 대한 개별적인 ack를 전송함
   - sender는 각각의 unACKed packet에 대한 타이머를 유지함
       - Timer가 만료되면 unACKed packet만 재전송
   - 관리가 어려움 => 복잡도가 증가

#Go-Back-N: sender

• k-bit sequence Number가 pkt header에 들어있다.
• ACK(n) : Cumulative ACK = 순서대로 하나씩 쌓는다.
• Timeout : 가장 높은 순서의 packet으로 돌아가서 n개의 packet을 재전송

#Go-Back-N: receiver

• ACK-only : 항상 높은 seq #로 순서대로 올바르게 수신한 packet에 대한 ACK를 전송한다.
• out-of-order packet
  - 못 받은 데이터 뒤에 ACK는 다 폐기한다.
  - 가장 높은 seq #로 re-ACK pkt를 보낸다.

Go-Back-N in action

#Selective Repeat

• receiver는 올바르게 수신된 모든 packet을 개별적으로 승인
• sender는 ACK가 도착하지 않은 packet만 재전송
• sender window
  - N개의 연속된 seq #들
  - 전송되고 unACKed packet한 seq #를 제한함

Sender

• data from above : 가용한 seq #가 window안에 있으면, packet을 보낸다.
• timeout(n) : packet n을 다시 보내고, timer를 다시 시작한다.
• ACK(n) in [sendbase, sendbase+N] : 받은 packet n을 표시한다.

Receiver

• packet n in [rcvbase, rcvbase+N-1]
  - ACK(n)을 보낸다
  - out-of-order : buffer
  - in-order : 전달, 아직 수신되지 않은 packet으로 window 이동
• packet n in [rcvbase-N, rcvbase-1]
  - ACK(n)

Selective Repeat in action

#Selective repeat : dilemma

seq #의 범위를 잘 판단해야 한다.

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2. Connection-oriented transport: TCP

#TCP : Overview

• point-to-point
• reliable, in-order
• pipelined
• connection-oriented
  - handshaking
• flow controlled

#TCP segment structure

#TCP sequence numbers, ACKs

#TCP reliable data transfer

• TCP는 프로세스 간에 reliable한 segment의 전송을 만든다.
  • pipelining of segments
  • cumulative ACKs
  • single retransmission timer
• 재전송은
  • timeout events
  • duplicate acks
  가 trigger 한다.

#TCP: retransmission scenarios

#TCP Fast Retransmit

Timeout이 남았는데, 같은 packet에 대한 3개의 ACK를 받으면 timeout을 무시하고 해당 packet을 보냄

#TCP Flow Control

receiver가 sender를 조정해서, sender가 receiver의 buffer가 overflow하지 않게 데이터를 안보내는 것.

• sender는 unACKed data의 수를 receiver의 rwnd 값으로 제한한다.
• 받는 쪽의 buffer가 넘치지 않는 것을 보장한다.

 

#TCP Connection Management

데이터를 교환하기 전에, sender/receiver 사이에 handshake가 있다.

#TCP 3-way handshake

#Closing a TCP Connection

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3. Principles of congestion control

Congestion : network가 처리하기에 너무 많고 너무 빠른 데이터가 전송되는 것.

Buffer overflow가 해소되지 않아서 TCP 전송이 안되면 계속해서 데이터 전송을 시도함

=> overflow가 해소되기 전까지 데이터를 보내지 않는다.

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4. TCP congestion control

#TCP congestion control: AIMD

• Additive Increase : loss를 만나기 전까지 cwnd를 1씩 증가시키는 것. 
• Multiplicative Decrease : loss 이후에 cwnd를 반으로 줄이는 것

#TCP Slow Start

처음부터 많이 보내지말고 천천히 보내는 방법.

#TCP: From slow start to Congestion Avoidance

1. 1개를 보낸다.
2. Loss가 발생하지 않으면 2배씩 올린다.
3. thresh hold를 만나면 1씩 증가시킨다.
4. loss가 발생하면 1로 내린다.
5. 1~4번 반복

TCP Reno

1. 1개를 보낸다.
2. Loss가 발생하지 않으면 2배씩 올린다.
3. thresh hold를 만나면 1씩 증가시킨다.
4. loss가 발생하면 thresh hold까지 내린다.
5. 3, 4번 반복

#TCP Fairness

TCP는 공정하다.

#Explicit Congestion Notification (ECN)

network-assisted congestion control : network가 congestion control을 도와준다.