TCP 흐름제어/혼잡제어

TCP 흐름제어, 혼잡제어

흐름 제어

수신 측의 버퍼가 가득차는 것을 방지(데이터 손실, 재전송으로 인한 낭비 방지).

Stop and Wait

![stopandwait](https://t1.daumcdn.net/cfile/tistory/263B7D4E5715ECEB32)

하나씩 전송하며 ACK를 받아야만 다음 전송

슬라이딩 윈도우(Go Back N ARQ)

• 수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 확인응답없이 세그먼트를 전송할 수 있게 하여 데이터 흐름을 동적으로 조절하는 제어기법

• 목적 : 전송은 되었지만, acked를 받지 못한 byte의 숫자를 파악하기 위해 사용하는 protocol

• 용어 :
  Receive Window(rwnd) : 수신버퍼의 가용 바이트 수로, 송신 윈도우 크기를 결정한다.

  LastByteSent - LastByteAcked <= ReceivecWindowAdvertised
  == (마지막에 보내진 바이트 - 마지막에 확인된 바이트 <= 남아있는 공간)
  == (현재 공중에 떠있는 패킷 수 <= sliding window)

  LastByteRcvd - LastByteRead <= RcvBuffer
  [밑에서 수신 받은 번호 - 위로 올려 보낸 번호 = 수신했지만 상위계층으로 전송되지 않은 데이터들]
  => 항상 수신 버퍼보다 작아야한다. 초과하면 오버플로우 발생

• 동작방식 : 먼저 윈도우에 포함되는 모든 패킷을 전송하고, 그 패킷들의 전달이 확인되는대로 이 윈도우를 옆으로 옮김으로써 그 다음 패킷들을 전송

• Window : TCP/IP를 사용하는 모든 호스트들은 송신하기 위한 것과 수신하기 위한 2개의 Window를 가지고 있다. 호스트들은 실제 데이터를 보내기 전에 '3 way handshaking’을 통해 수신 호스트의 receive window size에 자신의 send window size를 맞추게 된다.

혼잡 제어

네트워크 내의 패킷의 수가 과도하게 증가하는 현상 방지. 라우터에 데이터가 몰리는 것을 방지

AIMD(Additive Increase / Multiplicative Decrease)

• 처음에 패킷을 하나씩 보내고 이것이 문제없이 도착하면 window 크기(단위 시간 내에 보내는 패킷의 수)를 1씩 증가시켜가며 전송하는 방법
• 패킷 전송에 실패하거나 일정 시간을 넘으면 패킷의 보내는 속도를 절반으로 줄인다.
• 공평한 방식으로, 여러 호스트가 한 네트워크를 공유하고 있으면 나중에 진입하는 쪽이 처음에는 불리하지만, 시간이 흐르면 평형상태로 수렴하게 되는 특징이 있다.
• 문제점은 초기에 네트워크의 높은 대역폭을 사용하지 못하여 오랜 시간이 걸리게 되고, 네트워크가 혼잡해지는 상황을 미리 감지하지 못한다. 즉, 네트워크가 혼잡해지고 나서야 대역폭을 줄이는 방식이다

Slow Start

• AIMD 방식이 네트워크의 수용량 주변에서는 효율적으로 작동하지만, 처음에 전송 속도를 올리는데 시간이 오래 걸리는 단점이 존재했다.
• Slow Start 방식은 AIMD와 마찬가지로 패킷을 하나씩 보내면서 시작하고, 패킷이 문제없이 도착하면 각각의 ACK 패킷마다 window size를 1씩 늘려준다. 즉, 한 주기가 지나면 window size가 2배로 된다. 즉 window 크기를 2배로 늘린다.
• 전송속도는 AIMD에 반해 지수 함수 꼴로 증가한다. 대신에 혼잡 현상이 발생하면 window size를 1로 떨어뜨리게 된다.
• 처음에는 네트워크의 수용량을 예상할 수 있는 정보가 없지만, 한번 혼잡 현상이 발생하고 나면 네트워크의 수용량을 어느 정도 예상할 수 있다.
• 그러므로 혼잡 현상이 발생하였던 window size의 절반까지는 이전처럼 지수 함수 꼴로 창 크기를 증가시키고 그 이후부터는 완만하게 1씩 증가시킨다.

Fast Retransmit

• 빠른 재전송은 TCP의 혼잡 조절에 추가된 정책이다.
• 손실된 패킷의 재전송 전에 지연시간을 줄이기 위해 적용.
• 패킷을 받는 쪽에서 먼저 도착해야할 패킷이 도착하지 않고 다음 패킷이 도착한 경우에도 ACK 패킷을 보내게 된다.
• 단, 순서대로 잘 도착한 마지막 패킷의 다음 패킷의 순번을 ACK 패킷에 실어서 보내게 되므로, 중간에 하나가 손실되게 되면 송신 측에서는 순번이 중복된 ACK 패킷을 받게 된다. 이것을 감지하는 순간 문제가 되는 순번의 패킷을 재전송 해줄 수 있다.
• 중복된 순번의 패킷을 3개 받으면 재전송을 하게 된다. 약간 혼잡한 상황이 일어난 것이므로 혼잡을 감지하고 window size를 줄이게 된다.

Fast Recovery

• 혼잡한 상태가 되면 window size를 1로 줄이지 않고 반으로 줄이고 선형증가시키는 방법이다. 이 정책까지 적용하면 혼잡 상황을 한번 겪고 나서부터는 순수한 AIMD 방식으로 동작하게 된다.

TCP 헤더

참조

https://mangkyu.tistory.com/15?category=762469
https://jsonsang2.tistory.com/17
https://gyoogle.dev/blog/computer-science/network/흐름제어 & 혼잡제어.html