Principles of RDT(Reliable Data Transfer)

Reliable Data Transfer

신뢰성 있는 데이터 교환(이하 RDT)은 한마디로 "송/수신하는 데이터가 오류없이 온전히 전송되는 것" 이다.

Transport Layer 에서는 신뢰성 있는 데이터 교환을 하고 싶어하지만, 그 아래의 레이어에서는 신뢰성을 보장할 수 없기 때문에 신뢰성 있는 통신에 문제가 생길 수 있다.

이러한 상황 속에서 Transport Layer에서 적용 가능한 방식이 바로 "RDT 프로토콜"을 이용하는 것이다. 아래 그림을 살펴보자.

패킷 송신 (상위 계층 → Transport Layer → 하위 계층)
- 상위 계층 → Transport Layer :
  - rdt_send() 시스템 콜을 호출하여 RDT 프로토콜로 전송
- Transport Layer → 하위 계층 :
  - udt_send() 호출하여 패킷 전송
패킷 수신 (하위 계층 → Transport Layer → 상위 계층)
- 하위 계층 → Transport Layer :
  - rdt_rcv() 시스템 콜을 호출하여 RDT 프로토콜로 전송
- Transport Layer → 상위 계층 :
  - deliver_data() 호출하여 데이터 전송

앞서 살펴본 RDT를 FSM(유한 상태 장치)을 이용하여 설계할 수 있다.

가정
- 패킷 손실은 없다고 가정한다.
개선된 기능
- 기본 채널에서는 패킷의 bit errors 가 발생할 수 있으므로, bit errors 를 탐지하기 위해 ACK/NAK와 checksum을 도입한다.
  - acknowledgements (ACKs) : 수신자가 송신자에게 패킷이 정상적으로 수신했음을 알린다.
  - negative acknowledgements (NAKs) : 수신자가 송신자에게 패킷에 에러가 있다는 것을 알린다.
- 에러를 탐지하여 만약 에러가 있다면, 상대방의 Transport Layer에 다시 패킷을 요청한다.
문제점
- ACK/NAK가 손실될 경우, 송신자는 수신자에게 무슨 일이 일어났는지 모른다.
  - 송신자가 수신자에게 Packet을 또 보낼 경우, 수신자는 중복인지 모르고 애플리케이션에게 중복된 데이터를 전달하는 경우가 생길 수 있다.

개선된 기능
- (1) Sequence Number 사용
  - handling duplicates : 수신자가 packet의 중복 수신 여부를 확인할 수 있다.
- (2) Stop and Wait
  - 송신자가 하나의 packet을 보내고나면, 수신자의 응답을 기다린다.
문제점
- sequence number를 사용한다면, NAK를 사용할 필요가 없어진다.

개선된 기능
- NAK 기능 제거
  - NAK을 사용하지 않는다.
  - 대신, 가장 마지막으로 잘 받은 패킷에 대한 번호의 ACK를 보낸다.
문제점
- 여전히 패킷 손실의 가능성이 남아있다.

위 그림에서 검은색 글씨들은 올바르게 패킷들이 교환되었을 경우이다. 이 경우 호출된 함수를 정상적으로 수행하게 된다.

빨간색 글씨들은 패킷 전송 과정에서 무언가 문제가 발생한 것이다. 패킷이 손상되었거나(corrupt), 손실되었을 때(wrong ACK) 그냥 이를 무시한다. 그러면 결국 timeout이 발생해 재전송을 하게 된다.

위 그림에서 검은색 글씨들은 올바르게 패킷들이 교환되었을 경우이다. 이 경우 호출된 함수를 정상적으로 수행하게 된다.

빨간색 글씨들은 패킷 전송 과정에서 receiver가 보낸 ACK이 sender에게 제대로 가지 않아 문제가 발생한 경우이다. 이 경우 다시 ACK을 만들어 sender에게 재전송 해주어야 한다.

rdt 3.0 모델은 패킷이 유실된 경우, ACK이 유실된 경우, 유실되지는 않았지만 timeout이 발생한 경우 등 여러가지 변칙적인 상황을 모두 커버할 수 있어서 굉장히 완성도 높은 모델이라고 할 수 있다.

특히 패킷을 보내고 ACK이 올때까지 대기하는 양상을 보이는데, 이를 stop-and-wait Operation 이라고 한다. 이러한 특징 때문에 한편으로는 효율성이 낮다고 볼 수 있다.

Computer Networking: A Top Down Approach 6th edition - Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley March 2012
https://ddongwon.tistory.com/m/80