TCP 혼잡 제어 알고리즘: NewReno

TCP(NewReno)는 전송 제어 프로토콜(TCP)에서 패킷 손실을 보다 효율적으로 처리할 수 있도록 설계된 혼잡 제어 알고리즘입니다.
이 알고리즘은 TCP Reno의 한계를 개선하기 위해 개발되었으며, 특히 여러 개의 패킷이 손실되는 환경에서 더 나은 성능을 제공하는 데 중점을 두고 있습니다.

TCP NewReno는 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 빠른 회복(Fast Recovery) 기법을 개선하여, 다수의 패킷이 손실될 경우에도 데이터 흐름을 최대한 유지하며 신속한 회복을 가능하게 하는 것이 특징입니다.
본 장에서는 NewReno의 동작 원리, 주요 특징, 장점 및 한계점, 그리고 실용적인 활용 사례를 심층적으로 살펴보겠습니다.

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📌 1. TCP NewReno의 개념 및 발전 배경

NewReno는 기존의 TCP Reno에서 발생하는 다중 패킷 손실 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다.

TCP Reno에서는 세 개 이상의 중복 ACK(중복 확인 응답)가 감지되면 빠른 재전송(Fast Retransmit)이 수행됩니다.
하지만 여러 개의 패킷이 손실된 경우, Reno는 손실된 모든 패킷을 한 번에 복구하지 못하고 여러 번의 RTT(Round Trip Time)가 소요되는 비효율적인 문제점이 있었습니다.

💡 NewReno는 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 Fast Recovery 메커니즘을 개선하여, 단일 RTT 내에 손실된 패킷을 최대한 복구할 수 있도록 설계되었습니다.

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🚀 2. TCP NewReno의 작동 원리

TCP NewReno는 네트워크 상태를 반영하여 Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit, Fast Recovery의 네 가지 단계를 거쳐 작동합니다.

🔹 1) 느린 시작(Slow Start) 단계

• TCP 연결이 처음 설정되면, 송신자는 작은 크기의 혼잡 윈도우(cwnd)를 사용하여 데이터를 전송.
• 이후, ACK를 받을 때마다 혼잡 윈도우 크기를 지수적으로 증가.
• 혼잡 임계값(ssthresh)에 도달하면 혼잡 회피(Congestion Avoidance) 단계로 전환.

✔ 초기 전송 속도 조절 → 네트워크 과부하 방지

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🔹 2) 혼잡 회피(Congestion Avoidance) 단계

• 혼잡 창(cwnd)이 혼잡 임계값(ssthresh)에 도달한 이후부터는 더 이상 지수적으로 증가하지 않고 선형적으로 증가.
• 즉, RTT당 1 MSS씩 혼잡 창을 증가시키며, 과도한 네트워크 부하를 방지.

✔ 느린 속도로 전송 속도를 증가시켜 네트워크 혼잡을 최소화

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🔹 3) 빠른 재전송(Fast Retransmit) 단계

• 송신자는 수신자로부터 3개의 중복 ACK를 수신하면, 해당 패킷이 손실된 것으로 판단하고 즉시 재전송 수행.
• 이 과정에서 NewReno는 손실된 패킷만 선택적으로 재전송하여 불필요한 재전송을 최소화.

✔ 손실된 패킷을 타임아웃 없이 빠르게 재전송하여 성능 저하 방지

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🔹 4) 빠른 회복(Fast Recovery) 개선 사항

• 기존 Reno에서는 중복 ACK가 감지되면, 손실된 패킷을 재전송한 후 혼잡 창을 절반으로 줄이고 느린 시작(Slow Start) 단계로 돌아감.
• 하지만 NewReno는 손실된 패킷이 하나만이 아니라 여러 개일 가능성을 고려하여, 모든 손실된 패킷이 복구될 때까지 Fast Recovery 상태를 유지.
• 즉, ACK가 수신될 때마다 새로운 패킷을 계속 재전송하여 빠르게 복구 가능.

✔ 여러 개의 패킷이 손실된 경우에도 RTT 1회 내에 대부분의 손실 패킷을 복구 가능

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🎯 3. TCP NewReno의 실용 사례

NewReno는 특히 패킷 손실이 자주 발생하는 환경에서 뛰어난 성능을 발휘합니다.
다음은 TCP NewReno가 실제로 적용되는 대표적인 사례들입니다.

✅ 1) 클라우드 스토리지 및 대용량 파일 전송

• 클라우드 환경에서 대량의 데이터를 전송할 때, 중간중간 패킷 손실이 발생할 가능성이 큼.
• NewReno는 손실된 패킷을 빠르게 복구하여 전송 속도를 유지하며, 파일 다운로드 및 업로드 시간이 단축됨.

✅ 2) 실시간 비디오 스트리밍 (Netflix, YouTube, Twitch 등)

• 실시간 스트리밍 서비스에서는 데이터가 순차적으로 전달되어야 하므로 패킷 손실이 치명적.
• NewReno는 손실된 패킷을 빠르게 회복하여 버퍼링을 최소화하고, 끊김 없는 시청 경험을 제공.

✅ 3) 온라인 게임 및 실시간 통신 (VoIP, 화상회의 등)

• 온라인 게임 및 VoIP 환경에서는 패킷 손실이 발생하면 플레이어의 움직임이 순간적으로 끊기거나, 음성이 지연될 수 있음.
• NewReno는 네트워크 혼잡이 발생했을 때도 빠르게 손실 패킷을 복구하여, 부드러운 게임 플레이 및 음성 통화를 유지.

✔ NewReno는 패킷 손실이 발생하더라도 빠른 복구를 통해 데이터 흐름을 유지하고, 사용자 경험을 최적화하는 역할을 수행.

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🔎 4. TCP NewReno의 장점과 한계점

✅ TCP NewReno의 장점

1️⃣ 다중 패킷 손실 문제 해결

• 여러 개의 패킷이 손실되었을 때도 단일 RTT 내에서 복구 가능.

2️⃣ 빠른 복구 메커니즘

• 기존 Reno보다 빠른 회복이 가능하여 네트워크 성능 저하를 최소화.

3️⃣ 적은 재전송 오버헤드

• 필요 없는 패킷을 반복적으로 재전송하지 않고, 손실된 패킷만 선택적으로 재전송하여 대역폭을 절약.

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❌ TCP NewReno의 한계점

1️⃣ 여전히 단일 경로 기반 혼잡 제어

• Multipath TCP(MPTCP)와 같은 다중 경로 기반 전송을 지원하지 않음.

2️⃣ 네트워크 지연(Latency) 발생 가능성

• 손실이 심한 환경에서는, 패킷 재전송이 반복되면서 지연(latency)이 증가할 가능성.

✔ 이러한 단점을 보완하기 위해, 이후 TCP Cubic, TCP BBR과 같은 더 발전된 혼잡 제어 알고리즘이 개발됨.

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🔥 5. 결론: TCP NewReno의 의의

✅ 기존 Reno의 한계를 개선하여, 다중 패킷 손실 발생 시에도 보다 효과적으로 복구 가능
✅ 빠른 재전송 및 빠른 회복을 통해 혼잡 상태에서도 원활한 데이터 전송 유지
✅ 대용량 파일 전송, 실시간 스트리밍, 온라인 게임 등 다양한 환경에서 뛰어난 성능 발휘

💡 TCP NewReno는 오늘날에도 널리 사용되는 혼잡 제어 알고리즘이며, 이후의 TCP 혼잡 제어 기술 발전에 중요한 기여를 한 핵심 기술입니다. 🚀"