[쉽게 배우는 데이터 통신과 네트워크] CH10. 전송 계층

01. UDP 프로토콜

• 비연결형 서비스를 제공한다.
• 헤더와 전송 데이터에 대한 체크섬 기능을 제공한다.
• Best Effort 전달 방식을 지원한다.

 

1. UDP 헤더 구조

UDP 헤더의 구조

• Source Port / Desination Port (송신 포트 / 수신 포트)
  • 송수신 프로세스에 할당된 네트워크 포트 번호
  • 호스트에서 실행되는 프로세스를 구분하는 데 이용한다.
  • UDP 포트 번호는 TCP 포트 번호와 독립적으로 관리되고 할당된다.
• Length (길이)
  • 프로토콜 헤더를 포함한 UDP 데이터그램의 전체 크기
• Checksum (체크섬)
  • 프로토콜 헤더와 데이터에 대한 체크섬 값을 제공하여 수신 프로세스가 데이터그램 변형 오류를 감지할 수 있다.
  • UDP는 데이터까지 체크섬을 계산한다. (IP 프로토콜은 헤더만 계산)
  • 필드 값이 0이면 오류 검출 기능을 수행하지 않는다. (Optional, 0일 경우 체크섬 계산을 하지 않음을 의미)

 

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2. UDP의 데이터그램 전송

UDP를 사용해 데이터그램을 전송할 때는 오류 발생 가능성을 항상 염두에 두어야 한다.

 

2.1. UDP에서의 데이터그램 분실

데이터그램 분실

• UDP는 분실 오류를 복구하는 기능을 수행하지 않으므로, 수신 프로세스에는 1, 2, 4번 데이터그램만 도착했다.
• 데이터 순서 번호 기능을 제공하지 않으므로, 데이터그램 분실 여부를 확인할 수 없다. (데이터 분실을 감지하려면 순서 번호와 유사한 기능을 프로그램 내부에 구현해야 함)

 

2.2. UDP에서의 데이터그램 도착 순서 변경

도착 순서 변경

• UDP는 각 데이터그램을 개별 전송 경로를 선택하여 전송한다.
• 도착 순서 변경 오류를 해결하려면 UDP를 사용하는 응용 프로그램의 내부에서 순서 번호 기능이 구현되어야 한다.

 

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02. RTP 프로토콜

TCP와 UDP를 근간으로 인터넷 환경에서 실시간 서비스를 제공하는 가장 현실적인 방법 중 하나는 UDP에 데이터그램의 순서 번호 기능을 추가하는 것이다. 이러한 프로토콜의 대표적인 예가 실시간 멀티미디어 데이터의 전송을 지원하는 RTP(Real Time Protocol)이다.

• 불규칙하게 수신되는 데이터의 순서를 정렬하기 위해 타임스탬프 방식을 사용한다.
• 응용 환경이 요구하는 알고리즘에 따라 버퍼 크기를 개별적으로 조절할 수 있다.

 

1. 실시간 요구 사항

1.1. 버퍼의 역할

실시간 전송

• 전송된 데이터는 데이터그램 사이의 시간 간격이 일정하다가 인터넷을 거쳐 수신 프로세스에 전달되는 과정에서 간격이 불규칙해진다.
• 수신 측에서는 지연 버퍼를 사용해 데이터의 시간 간격을 일정하게 보정한다.

 

1.2 지터

지터 분포

• 지터 분포는 데이터그램의 도착 시간을 측정했을 때 각 데이터그램의 도착 시간이 불규칙적으로 도착하는 정도를 나타낸다.
• (a) 전송 간격이 균일했던 송신 데이터그램이 수신 프로세스에 도착할 때 간격이 일정하지 않음을 보여준다.
• (b) 이러한 송수신 프로세스 사이의 데이터그램 간격 차이를 표시했다.

 

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2. RTP의 데이터 전송

RTP 구조

• UDP의 데이터그램 분실이나 도착 순서 변경과 같은 전송 오류는 RTP 자체에서 해결한다.
• RTP는 기능별로 개별적으로 구현된다. (RTP 모듈)
• 다수의 사용자가 하나의 세션에 참여해 서로 실시간 데이터를 전송하도록 지원한다.
• 두 종류의 RTP 릴레이를 지원한다.
  • 믹서: 여러 송신 프로세스로부터 RTP 데이터그램 스트림을 받아 조합하여 새로운 데이터그램 스트림을 생성한다.
  • 트랜슬레이터: 입력된 각 RTP 데이터그램을 하나 이상의 출력용 RTP 데이터그램으로 만들어주는 장치이다.

 

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3. RTP 헤더 구조

RTP 고정 헤더의 구조

• Version(버전)
  • RTP의 버전 번호로, 현재 2로 저장된다.
• Padding(패딩)
  • RTP 페이로드의 마지막에 패딩 데이터가 존재하는지 여부를 나타낸다.
  • 응용 환경에서 페이로드의 크기가 특정 크기의 배수가 되어야 할 때 사용한다.
• Extension(확장)
  • 고정 헤더의 마지막에 확장 헤더가 하나 더 이어짐을 의미한다.
• CSRC Count(CSRC 개수)
  • CSRC 구분자의 개수를 표시한다.
• Marker(표식)
  • 임의의 표식을 위해 이용하므로, 페이로드 유형에 따라 값의 의미가 결정된다.
  • 보통 데이터 스트림의 경계점을 표시하는 데 사용한다.
• Payload Type(페이로드 유형)
  • 헤더 다음에 이어지는 RTP 페이로드의 유형을 나타낸다.
• Sequence Number(순서 번호)
  • Timestamp 필드 값이 동일한 페이로드에 대해 패킷 손실이나 순서 변경과 같은 오류를 검출할 수 있도록 한다.
  • 일반적으로 동시에 생성된 일련의 연속 패킷들은 동일한 Timestamp 값을 가지며, 순서 번호는 RTP 패킷 단위로 1씩 증가한다.
• Timestamp(타임스탬프)
  • RTP 페이로드에 포함된 데이터의 생성 시기를 나타낸다.
  • 시간 단위는 페이로드의 종류에 영향을 받으며, 송신 프로세스에서 사용하는 클록에 의해 발생한다.
• SSRC Identifier(SSRC 구분자)
  • 임의의 세션 내에서 RTP 페이로드의 발신지가 어디인지를 구분하는 고유 번호이다.
  • 랜덤하게 생성되는 32비트 숫자이다.

 

• RTP 세션을 이용해 데이터를 전송할 때는 각 미디어가 별도의 RTP 세션을 사용한다.
• RTP 헤더는 오디오와 비디오 데이터의 동기에 필요한 시간 정보를 제공하며, 페이로드 유형 지정 방식을 사용하여 다양한 종류의 데이터와 압축 유형을 지정한다.

 

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4. RTP 제어 프로토콜

• RTP 제어 프로토콜을 RTCP(RTP Control Protocol)라 부른다.
• 제어와 관련된 기능을 수행한다.
• UDP를 하부 전송 계층으로 사용하며, 세션 참가자는 RTCP 패킷을 다른 모든 멤버에게 주기적으로 전송한다.

 

✔️ QoS(Quality of Service)와 혼잡 제어

• RTCP는 세션에서의 데이터 분배 과정에서 발생하는 서비스 품질에 관한 피드백 기능을 지원한다.
• 송신 프로세스의 보고서에는 전송률 등의 정보가 포함되고, 수신 프로세스의 보고서에는 수신 과정에서 발생하는 패킷 분실이나 지터 등의 정보가 포함된다.

 

✔️ Identification(구분자)

• RTCP 패킷에는 RTCP 송신 프로세스에 관한 구분자 정보가 포함된다.
• 서로 다른 세션에서 발신된 스트림 정보들을 서로 연관시키는 근거를 제공한다.

 

✔️ 세션 크기

• RTCP 패킷의 트래픽이 많아지면 세션 전체의 트래픽도 증가하기 때문에 이를 제한한다.
• 일반적으로 전체 세션 트래픽의 5% 이내로 유지되도록 알고리즘이 동작한다.
• 세션 참가자의 수가 적은 경우에도 최대 5초당 1 패킷 이상이 전송되는 것은 허용되지 않는다.

 

종류	역할
Sender Report Receiver Report	데이터 전송 품질을 피드백하기 위한 용도로 사용된다.
Source Description	송신 프로세스가 자신에 대한 정보를 더 많이 제공하는 용도로 이용된다.
Goodbye	송신 프로세스가 더 이상 존재하지 않음을 의미하고, 이는 수신 프로세스가 송신 프로세스를 무한정 기다리지 않도록 한다.
Applicationdefined Packet	응용 환경에 따른 기능을 점검하기 위해 제공된다.

🔼 패킷의 종류와 역할

 

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03. OSI TP 프로토콜

클래스	제공하는 서비스
클래스 0	기본 기능
클래스 1	기본 오류 복구 기능
클래스 2	멀티플렉싱 기능
클래스 3	오류 복구, 멀티플렉싱 기능
클래스 4	오류 검출, 오류 복구, 멀티플렉싱 기능

🔼 OSI TP 프로토콜이 제공하는 서비스

• 5개의 클래스로 서비스를 분류하여 지원한다.
  • 클래스 0이 구조가 가장 단순하고, 클래스 번호가 커질수록 기능이 추가된다.
• 클래스 0과 1은 단일 포트를 지원한다.
  • 클래스 0은 기본 전송 기능만 제공한다.
  • 클래스 1은 패킷 손실 확인과 같은 간단한 오류 복구 기능을 지원한다.
• 클래스 2, 3, 4는 목적지에서 다수 포트를 지원하는 멀티플렉싱 기능이 있다.
  • 클래스 2는 오류 복구 기능을 지원하지 않는다.
  • 클래스 3은 패킷 손실과 같은 간단한 오류를 확인할 수 있다.
  • 클래스 4는 16비트의 체크섬을 이용해 헤더 오류를 확인할 수 있다. (더 완전한 형태의 오류 복구 기능 지원)

 

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1. OSI TP의 서비스 프리미티브

프리미티브	제공 서비스
T-CONNECT.request	연결 설정
T-CONNECT.indication	연결 설정
T-CONNECT.response	연결 설정
T-CONNECT.confirm	연결 설정
T-DISCONNECT.request	연결 해제
T-DISCONNECT.indication	연결 해제
T-DATA.request	데이터 전송
T-DATA.indication	데이터 전송
T-EXPEDITED-DATA.request	긴급 데이터 전송
T-EXPEDITED-DATA.indication	긴급 데이터 전송
T-UNITDATA.request	비연결형 데이터 전송
T-UNITDATA.indication	비연결형 데이터 전송

🔼 OSI TP의 서비스 프리미티브

 

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2. OSI TP의 데이터 전송

OSI 프리미티브

• 서비스 프리미티브를 이용한 연결형 서비스의 동작 과정을 설명한다.
• 위에서부터 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제의 절차가 순서대로 표시된다.
• 왼쪽에서 오른쪽으로 요구가 발생하는 경우를 가정했다.
• T-CONNECT: 연결이 정상적으로 설정되는 경우를 가정 (연결 설정 요구를 받은 오른쪽에서 거부하면 연결 설정 X)
• T-DISCONNECT: 한쪽의 요구에 의해 연결이 해제된다.
• 송수신 프로세스의 의도와 상관없이 네트워크 내부의 특별한 상황(Ex. 네트워크의 특정 부분에 혼잡이 발생한 경우)이 발생하여 연결 해제 요구가 발생할 수도 있다.

 

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Reference

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크