🖥 TCP 혼잡 제어(AIMD, Slow Start, Fast Recovery, Fast Retransmit)

TCP의 혼잡 제어는 흐름 제어나 오류 제어와는 다르게 라우터를 포함한 넓은 범위의 전송 문제를 다루게 된다

 

💬 AIMD(Additive Increase / Multiplicative Decrease)

• 처음엔 패킷을 하나씩 보내고 문제가 발생하지 않는다면 윈도우 크기를 1씩 증가시킨다
• 패킷 전송에 실패하거나 일정 시간을 넘으면 패킷 전송 속도를 절반으로 줄인다.
• 네트워크에 늦게 들어온 호스트가 처음에는 불리하지만, 시간이 흐르면서 평형상태로 수렴한다
• 문제점은 초기에 네트워크의 높은 대역폭을 사용하지 못해서 오랜 시간이 걸리게 되고, 네트워크가 혼잡해지는 상황을 미리 감지하지 못한다. 즉, 네트워크가 혼잡해지고 나서야 대역폭을 줄이는 방식인 것이다.

 

💬 Slow Start

• AIMD가 네트워크 수용량 주변에서는 효율적으로 동작하지만, 처음엔 전송 속도를 올리는데 시간이 너무 길다는 단점이 존재한다.
• Slow Start는 AIMD와 마찬가지로 패킷을 하나씩 보낸다. 패킷이 문제 없이 작동하여 ACK패킷마다 WindowSize를 하나씩 늘린다. 떄문에 한 주기가 지나면 WindowSize는 2배가 되는 것이다
• 만약 혼잡 상황이 발생하면 Window Size를 1로 떨어뜨린다
• 혼잡 상황이 발생한 WindowSize 절반까지는 이전처럼 지수 함수 꼴로 증가시키고 그 이후 부터 다시 완만하게 1씩 증가시키는 방식이다.
• 이미 정해진 임계값에 도달 할 때 까지 윈도우의 크기를 2배씩 증가시킨다.
• 임계값에 도달하면 혼잡 회피 단계로 넘어간다.

Congestion Avoidance(혼잡 회피)

• 윈도우의 크기가 임계 값에 도달한 이후에는 데이터의 손실이 발생할 확률이 높다
• 따라서 이를 회피하기 위해 WindowSize를 선형적으로 1씩 증가시키는 방법이 있다.
• 수신측으로부터 일정 시간 동안까지 ACK을 수신하지 못하는 경우
  • 타임 아웃의 발생 : 네트워크 혼잡이 발생했다고 인식한다
  • 혼잡 상태로 인식된 경우
    • 윈도우의 크기 세그먼트 수를 1로 감소시킨다.
    • 동시에 임계값을 패킷 손실이 발생했을때의 윈도우 크기의 절반으로 줄인다.

 

 

💬 Fast Recovery(빠른 회복)

• 혼잡한 상태가 된다면 Window Size를 절반으로 줄이고 선형 증가시키는 방법이다.
• 빠른 회복 정책까지 적용하면 혼잡 상황을 한 번 겪고 나서 순수한 AIMD 방식으로 동작하게 된다.

 

💬 Fast Retransit(빠른 재전송)

• 수신 측에서 패킷을 받을 때 먼저 도착해야할 패킷이 도착하지 않고 다음 패킷이 도착한 경우에도 ACK을 보낸다. 단 순서대로 잘 도착한 마지막 패킷의 다음 패킷의 순번을 ACK패킷에 실어 보내는 데 중간에 패킷 하나가 손실되면 송신측에서는 순번이 중복된 ACK 패킷을 받게 된다. 이것을 감지하게 되면 문제가 되는 순번의 패킷을 재전송할 수 있는 것이다.
• 상황으로 설명해보자

1. 송신 측은 수신측이 2번의 데이터를 못 받은 상태이더라도 다음 데이터를 보내게 된다
2. 그럼 수신측은 계속해서 받지못한 데이터를 보내달라 요청하게 된다.
3. 동시에 혼잡 상황이라 판단하며 WindowSize를 절반으로 줄인다
4. 3 ACK Duplicated : 송신 측이 3번 이상 중복된 ACK 번호를 받은 상황

 

 

 

Refrence

• https://velog.io/@jsj3282/TCP-%ED%9D%90%EB%A6%84%EC%A0%9C%EC%96%B4%ED%98%BC%EC%9E%A1%EC%A0%9C%EC%96%B4-%EC%98%A4%EB%A5%98%EC%A0%9C%EC%96%B4
• https://benlee73.tistory.com/186