[Network] 3.4 신뢰적 data 전송의 원리 1

*신뢰적인 data 전송의 원리

T/L 뿐아니라 A/L, L/L에서도 매우 중요한 문제이다.

매우 중요한 topics

하위계층이 비 신뢰적인 채널인 경우 상위채널에서 신뢰적인 통신을 제공 해야 한다.

# 상태, 액션, 이벤트로 설명한다.

# transport layer 의 TCP가 어떻게 신뢰적인 데이터를 제공하느냐에 대한 설명

*신뢰적 Data transfer

rdt_send() : 하위 rdt에 Data를 전달하기 위해 app가 호출

• 어플리케이션이 TCP에게 메시지를 전달한다.

udt_send() : 비신뢰적인 하위 채널에 Data를 전달하기 위해 rdt가 호출

• TCP가 IP에게 데이터를 주는것

deliver_data() : rdt가 상위 layer에 Data를 전달하기 위해 호출

• IP가 TCP에게 데이터를 주는것

rdt_rcv() : 상위 rdt에 Data를 전달하기 위해 호출

• 세그먼트를 소켓을 통해 어플리케이션에게 전달해준다.

# event : 남이 나에게 해주는 것(누구를 기준으로 하느냐를 알려줘야한다.)

# action : 내가 하는것

sender

# 어플리케이션이 데이터를 주길 기다린다.

# TCP가 메시지를 받아서 세그먼트를 만들어 IP에게 보낸다.

recevier

# IP가 수신자에게 세그먼트를 받는다.

# 데이터를 어플리케이션에게 준다.

# unreliable channel 이라는 채널이 불안정하기 떄문에 TCP가 이렇게 복잡한 작업을 한다.

앞으로의 전개

• 점점 복잡해지는 하위채널을 고려 신뢰적 data 전송 protocol의 송신자 측면과 수신자 측면을 전개
• 단 방향 전송만을 고려 : 이 경우에도 제어 패킷은 양방향 전송이 필요
• FSM으로 표현

참고 : datagram이라는 용어보다는 일반적인 packet이라는 용어를 사용한다.

# 프로토콜 : 이벤트가 발생하면 액션을 취하는 것

# 스테이트먼트 : 상태를 전이하는 것

*rdt 1.0 : 신뢰적인 채널에서 rdt

하위 채널이 완전히 신뢰적인 경우

• no bit error
• no loss of packets

FSM

• 송신측은 상위 layer의 data를 받아 하위 채널로 packet을 전달한다.
• 수신측은 하위 채널에서 packet을 수신하고 data를 상위 layer로 전달한다.

# 동그라미 : 상태

# 직선 위 : 이벤트

# 직선 아래 : 액션

# 화살표 : 상태정의

# wait for call from adove : 위로부터 뭔가 내려오길 기다리고 있는 상태

# wait for call from below : 아래로부터 뭔가 내려오길 기다리고 있는 상태

# sender

• rdt_send(data) : app가 TCP에게 데이터를 주기 위한 것 ( TCP에선 이벤트)
• packet=make_pkt(data) : 받은 데이터를 패킷으로 만든다.
• udt_send(packet) : 만든 데이터를 보낸다.

# receiver

• wait for call from below : IP로부터 세그먼트가 올라오길 기다리고 있는상태
• rdt_rcv(packet) : IP로부터 패킷을 받는다.
• extract(packet,data) : 패킷으로부터 데이터를 추출
• deliver_data(data) : app 에게 데이터 전달

*rdt 2.0 : 비트 오류가 있는 채널

bit error이 가능한 채널에서 rdt : packet의 손실이나 순서는 보장

• checksum을 통해 bit error감지

# sender는 손실의 유무를 보낸뒤에 알수 없다.

수신측의 feedback 필요

• acknowledgement (ACKs) : receiver 가 sender 에게 pkt를 잘 받았다는 응답
• negative acknowledgement (NAKs) : receiver 가 sender 에게 pkt에 error또는 장애가 있다는 응답
• sender는 NAK인 경우 pkt 재전송

rdt 2.0에 부가적으로 필요한 protocol (rdt 1.0에 비해서)

• error 검출
• receiver feedback : 제어 msg (ACK,NAK)
• 재전송

1. sender 패킷 전송
2. receiver 응답 (ack, nack)
3. sender 응답을 받고 재송신 판단
4. sender 는 nack가 왓다면 재송신

*rdt 2.0 : FSM

sender

wait for call from above : app로 부터 데이터가 오길 기다리는 상태

rdt_send(data) : app로 데이터를 받는다.

sndpkt = make_pak(data, checksum) : 체크섬을 포함한 패킷을 만든다.

udt_send(sndpkt) : ip로 패킷을 보낸다

wait for ack or nak : ack, nak의 응답이 오길 기다리는 상태 변경

rdt_rvc(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt) : NAK 응답을 받는다.

udt_send(sndpkt) : 패킷을 다시 보낸다

wait for ack or nak : ack, nak의 응답이 오길 기다리는 상태 변경

rdt_rvc(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) : ack 응답을 받는다.

wait for call from above : app로 부터 데이터가 오길 기다리는 상태로 변경

receiver

wait for call from below : IP에서 TCP가 패킷이 도착하길 기다리는 상태

rdt_rcv(rcvpkt)&&corrupt(rcvpkt) : 패킷을 받았으나 패킷이 깨져서 버림

udt_send(NAK) : IP에게 NAK를 보냄

rdt_rcv(rcvpkt)&&notcorrupt(rcvpkt) : 패킷을 받고 패킷이 안깨졌다.

extract(rcvpkt,data) : 패킷을 데이터로 변환

deliver_data(data) : TCP가 app에게 데이터를 보낸다.

udt_send(ACK) : IP에게 ACK를 보낸다.

wait for call from below : IP에서 TCP가 패킷이 도착하길 기다리는 상태로 변경

# sender가 데이터가 꺠지는 것을 가정한것

*rdt 2.0 : rcvpkt OK

*rdt 2.0 : rcvpkt error

1. (sender - TCP 상태) wait for call from above

- app로 부터 데이터가 오길 기다리는 상태

2. (sender - TCP 이벤트) rdt_send(data)

- app로부터 TCP가 데이터를 받는다.

3. (sender - TCP 액션) sndpkt = make_pkt(data, checksum)

- 체크섬을 포함한 패킷을 만든다.

4. (sender - TCP 액션) udt_send(sndpkt)

- TCP는 IP로 세그먼트를 보낸다

5. (sender - TCP 상태) wait for ack or nak

- TCP는 IP로부터 ack, nak의 응답이 오길 기다리는 상태를 변경한다.

6. (receiver - TCP 상태) wait for call from below

- IP에서 TCP가 세그먼트가 도착하길 기다리는 상태

7. (receiver - TCP 이벤트) rdt_rcv(rcvpkt)&&corrupt(rcvpkt)

- IP로부터 패킷을 받았으나 패킷이 깨져서 버림

8. (receiver - TCP 액션) udt_send(NAK)

- TCP는 IP에게 NAK 세그먼트를 보냄

9. (sender - TCP 이벤트) rdt_rvc(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)

- IP로부터 TCP는 NAK 응답을 받음

10. (sender - TCP 액션) udt_send(sndpkt)

- TCP는 IP로 세그먼트를 다시 보낸다.

11. (receiver - TCP 이벤트) rdt_rcv(rcvpkt)&&notcorrupt(rcvpkt)

- IP로부터 TCP는 세그먼트를 받고 패킷이 깨지지 않은것을 확인

12. (receiver - TCP 액션) udt_send(NAK)

- TCP는 IP에게 NAK를 보냄

13. (receiver - TCP 액션) extract(rcvpkt,data)

- TCP는 세그먼트를 데이터로 추출

14. (receiver - TCP 액션) deliver_data(data)

- TCP가 APP에게 데이터를 보낸다.

15. (receiver - TCP 액션) udt_send(ACK)

- TCP가 IP에게 ACK를 보낸다.

16. (receiver - TCP 상태) wait for call from below

- IP에서 TCP가 패킷이 도착하길 기다리는 상태로 변경

17. (sender - TCP 이벤트) rdt_rvc(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)

- IP로부터 TCP는 ACK 응답을 받는다.

18. (sender - TCP 상태) wait for call from below

- IP에서 TCP가 패킷이 도착하길 기다리는 상태로 변경

 

*rdt 2.0 : 치명적인 결함

ACK/NAK가 훼손되는 경우

• sender는 receiver쪽에 어떤일이 벌어졌는지 알 수 없다.
• 재전송으로 packet이 중복될 수 있다.

중복을 제어하는 방법

• sender는 pkt에 sequence number를 추가한다.
• ACK나 NAK가 변형되면 sender는 pkt를 재전송한다.
• receiver는 중복된 pkt을 버린다.
• rdt 2.1
• 그래서 시퀀스넘버에 0, 1밖에 없다.

stop and wait

Sender는 pkt 하나를 전송한후 receiver 로 부터 response가 올때까지 대기한다.

-> response가 없으면 계속 기다린다

# ACK/NAK가 훼손되면서 시퀀스 넘버가 나오는 계기가 됨

# 여기서의 시퀀스 넘버는 패킷이 중복되는지 아닌지 확인하기 위한 것

*rdt 2.1 : sender

# 대각선으로 나누면 둘이 똑같다.

# 원래는 시퀀스넘버를 미리 주고 받는다.

상태) wait for call 0 from above

• TCP가 0번 패킷을 보내기 위해서 APP에서 보내는 데이터를 대기 중인 상태

이벤트) rdt_send(data)

• APP로부터 TCP로 데이터를 전달

액션) sndpkt = make_pkt(0, data, checksum)

• TCP는 시퀀스 넘버 0번과 체크섬과 데이터를 패킷으로 만든다

액션) udt_send(sndpkt)

• TCP는 세그먼트를 IP로 전달한다.

상태) wait for ACK or NAK 0

• TCP는 0번 패킷에 대한 ACK 혹은 NAK 을 기다리는 상태로 변경 (ACK, NAK에는 시퀀스 넘버가 0번이 포함되지 않음)

이벤트) rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) )

• TCP가 IP로 부터 패킷을 받았는데 패킷이 깨졌거나 NAK다)

액션) udt_send(sndpkt)

• TCP가 IP로 패킷을 다시 보낸다.

이벤트) rdt_rcv(rcvpkt)&&notcorrupt(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)

• TCP가 IP로부터 패킷을 받아서 깨지지 않은것과 ACK인지 확인한다.

상태) wait for call 1 from above

• TCP가 1번 패킷을 보내기 위해서 APP에서 보내는 데이터를 대기 중인 상태로 변경된다.