목차

• 전송 계층의 기능
• 전송 계층의 주요 기능
  • 흐름 제어 Flow Control
  • 오류 제어 Error Control
  • 분할과 병합
  • 서비스 프리미티브 Primitive
• 전송 계층 설계 시 고려 사항
  • 주소 표현 TSAP
  • 멀티플렉싱 Multiplexing
  • 연결 설정
  • 연결 해제

전송 계층의 기능

[전송 계층 Transport Layer]
프로토콜은 오류 제어, 흐름 제어, 데이터 순서화 등의 기능 면에서 데이터 링크 계층과 특징이 유사하다.

• 데이터 링크 계층: 물리적인 전송 선로로 직접 연결된 두 물리적 호스트(컴퓨터나 라우터) 사이의 데이터 전송을 담당
• 전송 계층: 네트워크 끝단에 위치하는 통신 주체가 중간의 논리적인 선로(라우터로 연결된 컴퓨터 네트워크)를 통해 데이터를 주고받음

[전송 계층과 데이터링크 계층의 차이점]

• 데이터 링크 계층
  • 단순히 물리적인 선로를 통해 데이터를 직접 전달하기 때문에 네트워크 계층의 중개 기능이 필요 없다.
• 전송 계층
  • 중간에 위치한 논리적 네트워크의 중개 기능을 사용해 전송 기능을 수행한다.
  • 네트워크에서 제공하는 다양한 논리적 자원(데이터 링크 계층의 기능, 잠재적 기억 장치에 의한 데이터의 저장과 그에 따른 지연 현상)을 사용한다.

[잠재적 기억장치]
일반적으로 기억 장치는 데이터를 잃어버리지 않게 보관하는 곳이지만,
이외에도 데이터를 저장했다가 나중에 다시 사용하므로 시간적으로 지연되는 곳이라는 관점도 있다.
➡ 네트워크에 서는 지연이 매우 중요하다.
➡ 네트워크를 통해 데이터가 전송되면 송수신 호스트 사이에 전송 지연이 발생하고, 중간 네트워크가 전송 과정에서 데이터를 보관하는 효과가 발생하기도 한다.
➡ 이렇게 네트워크가 입력과 출력 사이에 시간 지연을 주게 되므로 논리적으로 기억 장치의 기능을 한다.
➡ 네트워크 자체를 잠재적 기억 장치라고 표현한다.

전송 계층의 주요 기능

데이터 링크 계층에서 사용하는 물리적인 선로는 단순한 반면,
컴퓨터 네트워크의 구조는 상대적으로 복잡하다.
➡ 전송 계층 프로토콜을 설계하는 과정에서는 다음과 같이 여러 기능을 고려해야 한다.

흐름 제어 Flow Control

의미: 전송 계층의 서비스를 이용해 연결을 설정하면 양 끝단의 호스트에서 실행되는 네트워크 프로세스가 데이터를 주고받을 수 있다. 이 과정에서 필요한 주요 기능 중 하나이다.

[데이터 링크 계층과 처리가 다른 이유]

• 앞서 언급한 것처럼 데이터 링크 계층에서도 라우터 사이의 프레임 전송 과정에서 흐름 제어 기능을 수행한다.
• 그러나 라우터를 연결하는 물리적인 선로의 수는 전송 계층이 관여하는 호스트 사이의 논리적인 연결의 수보다 상대적으로 적다.
• 따라서 두 계층이 지원하는 흐름 제어 기능은 기본 목적을 비롯해 유사한 특징이 많음에도 불구하고, 서로 다른 버퍼 관리 방법이 필요하다.

[흐름제어의 기능]

• 데이터 분실 문제
  • 수신 프로세스가 송신 프로세스의 전송 속도보다 느리게 데이터를 수신하면 버퍼 용량이 초과하여 데이터를 분실할 수 있다.
  • 이 경우에 송신 프로세스는 타임아웃 기능을 통해 재전송 과정을 수행하므로 전체 네트워크의 전송 효율이 점점 떨어진다.
• 분실 문제 해결
  • 이론적으로 흐름 제어 기능은 수신 호스트가 슬라이딩 윈도우 프로토콜의 윈도우 하단 값을 조정한다.
  • 즉, 송신 프로세스가 보낼 수 있는 패킷의 한계를 지정하는 방법으로 문제를 해결한다.

오류 제어 Error Control

의미: 데이터를 전송하는 과정에서 발생할 수 있는 오류에는 데이터 링크 계층에서 설명한 것처럼 데이터 변형과 데이터 분실이 있다.
➡ 전송 오류가 발생하여 수신 데이터의 내용이 깨지거나 분실되면 데이터 재전송에 의한 오류 제어 Error Control 기능에 의해 복구 절차가 진행된다.

[데이터의 재전송]

• 절차 수신 프로세스의 요구에 의해 이루지는 경우 존재
• 송신 프로세스 스스로 판단해 이루어 지는 경우 존재

전송 계층에서 발생하는 오류는 논리적으로 구축된 각 계층의 소프트웨어가 동작하는 과정에서 데이터를 분실하는 경우가 대부분이다.
EX) 전송 데이터를 특정 목적지까지 라우팅 하는 과정에서 네트워크 계층의 기능적 한계나 잘못된 목적지 호스트의 위치 정보에 의해 올바르게 전달되지 않을 수 있다.

분할과 병합

[분할 Segmentation]

• 상위 계층에서 전송을 요구한 데이터의 크기가 전송 계층에서 처리할 수 있는 데이터 크기보다 크면 데이터를 쪼개 전송해야 한다.
• 데이터를 전송하기 전에 적합한 크기로 나누는 과정

[병합 Reassembly]

• 수신 프로세스가 수신한 데이터를 원래 크기로 다시 모으는 과정
• 수신 프로세스가 상위 계층에 데이터를 보낼 때는 반드시 데이터의 병합 과정을 거쳐야 계층 구조의 틀이 유지된다.

서비스 프리미티브 Primitive

의미: 전송 계층 사용자가 전송 계층 서비스를 사용하기 위한 인터페이스이다.

• 네트워크 계층: 제공하는 서비스는 일반적으로 비신뢰성을 바탕으로 한 비연결형 서비스 프리미티브가 * 전송 계층: 비연결형 서비스뿐 아니라, 신뢰성이 향상된 연결형 서비스도 제공

전송 계층 설계 시 고려 사항

전송 계층 프로토콜을 설계할 때 우선 고려할 사항

• 주소 표현
• 멀티플렉싱
• 연결 설정 관리 등

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주소 표현 TSAP

주소 Address: 네트워크에서 기본적으로 필요한 일반 사항
TSAP(Transport Service Access Point): 전송 계층의 주소
➡ TCP/IP 환경에서 사용하는 호스트의 IP 주소와 포트 번호의 조합은 네트워크 계층과 전송 계층에서 사용하는 주소 표현 방식의 하나임

주소 표현은 구조적, 비구조적 표현으로 나눌 수 있다.

[구조적 표현]

• 전화번호나 우편물에 표기되는 주소처럼 하나의 주소를 여러 개의 계층적인 필드로 구분한다.
• 이때 필드는 전체 주소 공간의 상하 계층 관계를 나타낸다.
• EX) 대한민국:서울:한국대학교:네트워크학과:네트워크연구실:홍길동:50
  * 장점: 컴퓨터의 위치를 직관적으로 유추 가능
  * 필드 값 중에서 마지막 숫자 50은 포트 번호이다. * 포트번호: 컴퓨터에는 다수의 통신 포트가 존재하고, 프로세스가 포트를 이용해 통신하므로 네트워크 프로세스는 포트 번호로 구분된다.

[비구조적 주소 표현]

• 주소 값만 해석해서는 컴퓨터의 논리적인 위치를 파악하기 어렵다.
• 그런데 주소는 자체에 중요 정보를 포함하도록 설계되기 때문에 비구조적인 경우가 많지 않다.
• 호스트 주소와 관련해서 211.223.201.30과 같은 IP 주소는 네트워크와 호스트의 계층적인 특성은 있지만, 위치 정보와 관련해서는 비구조적이라고 볼 수 있다.
• 그에 비해 www.korea.co.kr과 같은 도메인 주소는 구조적인 위치 정보를 제공한다.

멀티플렉싱 Multiplexing

TPDU(Transport Protocol Data Unit): 개별적으로 설정된 전송 계층 연결에서 전송 데이터의 단위
멀티플렉싱: TPDU의 목적지가 동일한 호스트이면 이들 데이터를 하나의 가상 회선에 실어 전송하는 것이 유리하므로 한번에 전송하는 것이다.

[멀티플렉싱의 종류]

• 상방향 멀티플렉싱
  • 다수의 전송 계층 연결에 대해 하부의 네트워크 계층에서 연결이 하나 형성된다.
  • 따라서 여러 전송 계층의 연결에서 발생한 데이터가 동일한 경로로 전송되면 하나의 네트워크 연결에 묶어 전송할 수 있다.
  • 일반적인 연결 구조보다 네트워크 계층에서 만들어지는 가상 회선 연결의 개수를 줄일 수 있으므로 연결 설정에 걸리는 시간이 단축된다.
• 하방향 멀티플렉싱
  • 상방향과 반대로 동작한다.
  • 즉, 하나의 전송 연결 설정을 의미하는 포트에 다수의 가상 회선을 할당한다.
  • 이 방식으로 데이터를 전송하면 전송 속도뿐 아니라, 전송 계층 에서 발생하는 데이터의 특성에 따라 개별 가상 회선을 할당하여 효과적인 통신이 가능하다.
  • EX) 전송 연결에서 송신하고자 하는 데이터의 종류가 영화 파일이면 그 내용을 영상, 음성, 모국어 자막 , 외국어 자막 등으로 구분해 네트워크 연결을 개별적으로 설정할 수 있다.
  • 구분한 데이터는 오류 허용 범위, 전송률 등의 트래픽 특성이 달라 성격에 맞는 가상 회선을 할당할 수 있기 때문이다.

연결 설정

전송 계층의 연결 설정은 Conn_Req와 Conn_Ack의 회신으로 완료됨
Conn_ Req 요구를 받은 프로세스가 연결 요청을 거부할 수 있다는 의미를 내포하므로 연결 요청은 양자의 합의에 의해서만 가능함

• Conn_Req: 연결을 요청하는 프로세스의 연결 설정 요구
• Conn_Ack: 상대편 프로세스에서 연결 수락

연결 설정 과정은 개념적으로 모양이 아주 간단하지만, 실제 통신 환경에서는 조금 더 복잡하다.
예를 들어, 프리미티브가 전달되는 과정에서 분실, 변형, 복사 등의 가능성이 있기 때문에 구현 과정에서 이 문제를 고려해야 한다.

[3단계 설정 Three-Way Handshake]

• 아래의 그림은 오류가 발생하지 않은 정상 상태에서 3단계 설정 Three-Way Handshake 의 동작 과정을 보여준다.
• 1) Conn_Req: A 프로세스는 임의의 송신 순서 번호 x를 지정하여 연결 설정을 요청한다.
• 2) Conn_Ackq: 이를 수신하는 B 프로세스는 연결 설정 요구에 대한 순서 번호 x에 대해 응답을 보낸다.
  ➡ 이때 순서 번호 y는 자신의 초기 송신 번호를 왼쪽 프로세스에 알려주기 위해 사용한다.
• 3) Data_Req
  • 연결 요구에 대한 응답 Conn_Ack를 받은 A 프로세스는 Conn_Ack를 잘 받았다고 B 프로세스에 응답해야 한다.
    ➡ 따라서 Conn_Ack와 다른 종류로 응답 정보를 보내야 하지만, 그림에 서는 이 과정을 생략하고 바로 데이터를 전송하고 있다.
    ➡ 이는 Data_Req가 데이터 전송과 함께 응답 기능을 함께 수행하기 때문이다. 만일 A 프로세스가 전송할 데이터가 없으면 Conn_ Ack에 대한 응답을 따로 해야 한다.
  • A 프로세스는 Data_Req(x,y)처럼 자신이 설정한 순서 번호 x를 사용해 데이터를 전송하고 있다. 이때 데이터 전송과 함께 B 프로세스가 설정한 순서 번호 y에 대해서도 응답해야 한다.

연결 해제

연결 해제 과정은 설정 과정보다는 간단함
연결 해제 방식은 크게 두가지이다.
전송 계층은 양방향 데이터 전송을 지원한다.

[일방적 연결 해제 절차 방식]
통신하는 한쪽 프로세스가 일방적으로 Disc_Req를 전송해 연결 종료를 선언할 수 있다.
Disc_Req에 대한 상대 프로세스의 동의가 없어도 연결이 끊기는 방식이다.
그림은 양방향 통신을 지원하는 연결을 하나의 원통으로 표현하였으며, 한쪽 프로세스가 Disc_Req를 전송한다는 의미는 이 원통의 기능을 정지시켜, 둘 사이의 연결이 해제되는 것을 의미한다.

• 문제
  • 이 방식은 A 프로세스가 B 프로세스에 전송할 데이터가 남거나, 전송 중이지만 아직 완료되지 않은 시간 t에 상대 프로세스와 연결 종료가 이루어진다.
    ➡ 데이터 전송을 지원하는 원통 기능이 정지되어 데이터 전송을 완료할 수 없다는 문제가 발생한다.

[점진적 연결 해제 절차 방식]
하나의 연결에 두 개의 단방향 연결을 지원하는 원통이 존재하는 것과 같다.
따라서 A 프로세스의 데이터 전송 과정 중에 B 프로세스의 연결 해제 요구가 발생해도 아래쪽 원통 기능만 정지하고, 위쪽 원통은 여전히 정상 기능을 수행한다.
➡ 즉, A 프로세스가 전송해야 하는 데이터를 계속 전송할 수 있다.

• 완전한 연결 종료
  • 두 프로세스 사이의 연결을 완전히 종료하려면 양쪽에서 자신에게 할당된 단방향의 원통 기능을 명시적으로 정지해야 된다.
  • 두 프로세스 모두 Disc_Req를 전송해야 한다.