TCP - Segment Structure

Segment Structure (세그먼트 구조)

TCP는 데이터 스트림으로부터 데이터를 받아 들여 이것을 일정 단위로 분할한 뒤 TCP 헤더를 덧붙여 TCP 세그먼트를 생성한다. TCP 세그먼트는 *IP 데이터그램에 캡슐화되어 상대방과 주고 받게 된다.

 

*IP 데이터그램: IP에서 사용하는 **패킷을 말함 = IP PDU

**패킷: 패킷 방식의 컴퓨터 네트워크가 전달하는 데이터의 형식화된 블록이다.

 

TCP 패킷이라는 용어가 종종 사용되지만 이는 정확한 표현이 아니다.

 

세그먼트가 TCP 프로토콜 데이터 유닛(PDU)을 의미하는 정확한 표현이며 데이터그램은 IP PDU를, 프레임은 데이터 링크 계층 PDU를 의미한다.

프로세스는 TCP를 통해 데이터 버퍼를 인수로 넘겨 줌으로써 데이터를 전송한다. 

TCP는 이 버퍼들을 묶어 세그먼트를 생성하여 인터넷 모듈(IP 등)을 통해 목적지의 TCP로 각각의 세그먼트들을 전송한다.

 

TCP 세그먼트 =  세그먼트 헤더(TCP 헤더) + 데이터

TCP 헤더는 10개의 필수 필드 및 옵션 확장 필드들을 포함한다.

헤더 뒤에는 데이터 섹션이 따라 온다. 

 

데이터 섹션의 내용은 애플리케이션의 *페이로드(payload) 데이터이다. 

 

*페이로드: 전송의 근본적인 목적이 되는 데이터의 일부분으로 그 데이터와 함께 전송되는 헤더와 메타데이터와 같은 데이터는 제외한다.

 

데이터 섹션의 길이는 TCP 세그먼트 헤더에서 결정되지 않으며, 전체 IP 데이터그램의 길이에서 TCP 헤더와 캡슐화된 IP 헤더의 길이를 뺀 값으로 계산하게 된다. 즉, 데이터 섹션의 길이는 IP 헤더에 의해 결정된다.

 

 

TCP 헤더 구조

TCP 해더

Source port (16 비트)

송신측의 포트 번호 (로컬포트)

+ ) 커널이 로컬 포트를 선택하는 과정

Destination port (16 비트)

수신측의 포트 번호

+ ) source port vs destination port

Sequence number (32 비트)

TCP 세그먼트 안의 데이터의 송신 바이트 흐름의 위치를 가리킨다. 

다른 호스트로 전달되는 패킷은 여러 개의 서로 다른 경로를 거치면서 전달되다 보니 패킷의 순서가 뒤바뀔 수 있다. 

이를 수신 측에서는 재 조립해야 할 필요가 있는데 이 때 Sequence Number를 이용하여 조립하게 된다.

SYN 플래그가 (1)로 설정된 경우, 이것은 초기 시퀀스 번호가 된다. 

SYN 플래그가 (0)으로 해제된 경우, 이것은 현재 세션의 세그먼트 데이터의 누적 시퀀스 번호이다. 

 

Acknowledgment number (32 비트)

ACK 플래그가 설정된 경우 이 필드의 값은 수신자가 예상하는 다음 시퀀스 번호이다. 

한쪽이 보낸 최초의 ACK는 반대쪽의 초기 시퀀스 번호 자체에 대한 확인응답이 되며, 데이터에 대한 응답은 포함되지 않는다.

+ )  [TCP] 신뢰적인 전송 5 : TCP는 실제 Sequence number와 Ack number field에 무엇을 채우는가?

Data offset (4 비트)

32-bit 워드 단위로 나타낸 TCP 헤더 크기값이다. 

헤더의 최소 크기는 5 워드이며 (TCP Option이 없는 경우) 최대 크기는 15 워드이다. 

따라서 최솟값은 20바이트, 최댓값은 60바이트가 되며, 헤더에 선택 값을을 위해 최대 40 바이트가 더 추가될 수 있다. 

Reserved (3 비트)

미래에 사용하기 위해 남겨둔 예비 필드이며 사용중이지 않다. 0으로 채워져야 한다.

Flags (9 비트) (혹은 Control bits)

9개의 1-비트 플래그를 포함

TCP - Flags

+ ) ECN에 대해서

 

Window size (16 비트)

수신 윈도의 크기. 해당 세그먼트의 송신측이 현재 수신하고자 하는 윈도 크기(기본 단위는 바이트). 

acknowledgment 필드의 시퀀스 번호보다 큰 값이어야 한다.

 

+ ) [오리뎅이의 TCP 이야기 - 4] Window Scaling 옵션은 이젠 선택이 아닌 필수외다

+ ) [오리뎅이의 TCP 이야기 - 5] Window Full과 Zero Window는 어떤 관계도 아니다?

Checksum:검사합 (16 비트)

헤더 및 데이터의 에러 확인을 위해 사용되는 16 비트 필드

(별도 문서로 공부)

Urgent pointer (16 비트)

URG 플래그가 설정된 경우, 이 16 비트 필드는 시퀀스 번호로부터의 오프셋을 나타낸다. 

이 오프셋이 마지막 긴급 데이터 바이트를 가리킨다.

Options (가변 0–320 비트, 32의 배수)

이 필드의 길이는 데이터 오프셋 필드에 의해 결정된다. 

이 부분은 Option-Kind (1 바이트), Option-Length (1 바이트), Option-Data (가변) 이렇게 최대 3개의 필드로 구성될 수 있다. 

 

(TCP Options에 대해서는 이해가 잘 안되고 다룰 양이 많아보이므로 추후에 별도 문서로 공부)

 

 

 

 

참고문헌

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ljh0326s&logNo=220888531881&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

http://m.blog.daum.net/tlos6733/47?np_nil_b=1

https://ko.wikipedia.org/wiki/페이로드_(컴퓨팅)

https://ko.wikipedia.org/wiki/전송_제어_프로토콜

https://ko.wikipedia.org/wiki/프로토콜_데이터_단위

 + 그외 본문에 인용된 링크들