들어가며.

소켓 통신을 직접 Java를 통해 구현하며, 4계층의 대한 이해를 하기 위함!

소켓 통신

네트워크 상에서 두 프로그램이 데이터를 주고 받기 위하 사용하는 통신 방식이다.

소켓은 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 운영체제가 제공하는 인터페이스이다. 소켓을 사용하면 마치 파일을 읽고 쓰듯이 네트워크를 통해 데이터를 주고 받을 수 있다.

TCP

두 프로그램 사이에 논리적인 접속을 성립하기 위하여 연결을 설정하여 신뢰성을 보장하는 연결형 서비스이다.

데이터 단위는 세그먼트(메시지 -> 세그먼트 -> 패킷 -> 프레임)이다.

TCP의 특징

1. 연결형 서비스

연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다.

• 3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정.
• 4-way handshaking 과정을 통해 연결을 해제.

2. 흐름 제어(Flow Control)

데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지.

• 송신하는 곳에서 감당이 안되게 많은 데이터를 빠르게 보내 수신하는 곳에서 문제가 일어나는 것을 막는다.
• 수신자가 윈도우 크기(Window Size) 값을 통해 수신량을 정할 수 있다.
• 이는 연결 설정 과정(Hand Shake)에서 초기 값을 설정하고, 이후 수신자의 ACK 패킷을 통해 값을 변경할 수 있다.

3. 오류 제어 (Error Control)

   1. Stop and Wait ARQ
      송신측에서 1개의 프레임을 송신하고 수신 측에서 수신된 프레임의 에러 유무 판단에 따라 ACK 또는 NAK를 보내는 방식이다.

      

      위 그림과 같이 하나의 데이터에 대한 응답을 기다려야 하기 때문에 효율이 떨어진다.

   2. Go-Back-n ARQ
      패킷을 전송할 때, 하나의 패킷을 수신하지 못하면 해당 패킷부터 다시 전송하는 기법이다!

      

      기본적으로 Stop and Wait 방식보단 효율이 좋지만, 패킷 손실이 발생하면 중복된 데이터들을 전송하므로 효율이 떨어질 수 있다.

   3. Selective-Repeat ARQ
      위의 두 방식과는 다르게, 받지못한 데이터만 선택적으로 재전송하는 기법이다.

4. 혼잡제어(Congestion control) 송신 측의 데이터 전달과 네트워크 데이터 처리 속도를 해결하기 위한 기법이다. 네트워크 혼잡을 피하기 위해 송신 측에서 보내는 데이터의 전송 속도를 제어하는 것이다.

   • Slow Start. 패킷이 문제 없이 도착하면 각각의 ACK 패킷마다 Window Size를 늘려가는 방식이다.

TCP 소켓 연결 과정

UDP

비 연결지향형 프로토콜로서, 단순히 특정 프로세스에게 데이터를 전달하는 역할만한다. 데이터 도착의 보장은 하지 않는다.

UDP의 특징

1. 단순한 헤더 구조. UDP의 헤더는 총 4가지 필드로 구성되어 있습니다. Source Port, Dest Port, Length, Checksum. (총 8바이트)

2. Checksum 을 통한 에러 검출 전송 중 비트가 뒤바뀌거나 손상된 경우, 수신측에서 checksum을 통해 이를 감지할 수 있다.

   오류가 감지되면 해당 데이터그램은 그냥 폐기되고, 재전송은 애플리케이션에게 맡긴다.

   UDP는 '에러 복구'는 하지 않고, 단지 '에러 감지'까지만 제공한다.

3. 데이터그램 기반 전송 각 데이터그램은 완전히 독립적인 전송 단위이다. 따라서, 손실되거나 순서가 바뀌어도 UDP는 책임지지 않는다. (이는 상위 계층의 몫)

예시

매우 큰 데이터그램 하나를 전송하게 되면, 이는 3계층에서 여러 개의 패킷으로 쪼개지게 된다. 이는 도착지에서 다시 하나의 데이터그램으로 합쳐질 수 있다!!

구현 사진.