TCP와 UDP

TCP - 전송 제어 프로토콜 

 

TCP 프로토콜은 순서를 보장하고 연결지향적이라는 특징이 있으며 가상 회선 패킷 교환 방식을 사용한다.

IP의 단점이었던 패킷 손실이나 순서 미보장 같은 문제들을 패킷을 제어하여 해결해 준다.

 

가상 회선 패킷 교환 방식

가상회선 패킷 교환 방식은 각 패킷에 가상회선 식별자가 포함되고 패킷들이 순서대로 도착하는 방식이다.

모든 패킷을 전송하면 가상 회선이 해제된다.

 

TCP 프로토콜은 연결을 시작할 때 3 way 핸드셰이크 방식을 사용하며 연결을 종료할 때 4way 핸드 셰이크 방식을 사용한다.

 

3way 핸드셰이크

- SYN : 클라이언트는 서버의 *ISN과 SYN을 보낸다. 

*ISN : TCP 연결의 첫 번째 패킷에 할당된 임의의 시퀀스 번호이다. 지연 전송된 패킷의 포트 번호로 인식하는 상황을 방지하기 위해 임의의 난수를 사용한다. 또한 임의의 난수를 사용함으로써 예측이 힘들게 만들어 보안을 강화시킨다.

 

 

- SYN + ACK : 서버는 클라이언트의 SYN을 받고 응답값으로 서버의 ISN과 승인번호로 ISN + 1을 보낸다.

 

- ACK : 클라이언트는 서버의 승인 번호를 담아서 ACK를 보낸다.

 

이 과정이 구축되고 난 뒤에 데이터 전송을 시작하기 때문에, TCP는 신뢰성이 있다고 말할 수 있다.

하지만 모든 통신에서 이 과정을 진행해야 하기 때문에 실시간 처리 같은 속도가 중요시 되는 통신에는 적합하지 않다.

 

4way 핸드셰이크

- FIN_WAIT_1 : 클라이언트가 연결을 닫으려고 할 때 FIN으로 설정된 세그먼트를 보내면 서버의 응답을 기다리면서 FIN_WAIT_1의 상태가 된다.

 

- CLOSE_WAIT : 서버는 클라이언트로 ACK라는 승인 세그먼트를 보내고 서버는 CLOSE , 클라이언트는 FIN_WAIT2 상태에 들어간다.

 

- LAST_ACK : 서버는 ACK를 보내고 일정 시간 이후에 FIN이라는 세그먼트를 보낸다.

 

- *TIME_WAIT : 일정 시간을 기다린 뒤에 서버로 ACK를 보내서 서버는 CLOSED 상태가 된다. 이후 클라이언트의 연결이 닫히면 클라이언트와 서버의 모든 자원의 연결이 해제된다.

 

TIME_WAIT : 소켓이 바로 소멸되지 않고 일정 시간 동안 유지되는 상태이며, 지연 패킷이나 연결 오류 등의 문제를 해결하기 위해 존재한다.

 

2way 핸드셰이크가 없는 이유 : 전송 측 입장에서 자기의 신호가 제대로 전달되었는 지 확인할 수 없다. 이는 TCP의 근본인 양뱡향 연결이 깨져버리게 되고 곧 신뢰성을 보장할 수 없게된다.

 

TCP 전송 제어

 

흐름제어

송신 측은 수신 측의 데이터 처리 속도를 파악하고 데이터를 어느 정도로 보내줘야 할지를 제어할 수 있다.

ex) 슬라이딩 윈도우 방식을 사용하여서 동적으로 데이터량을 조절

 

오류제어

통신 도중에 데이터가 유실되었을 경우에 대해서 대처할 수 있다.

ex) go back n - 데이터가 유실된 시점부터 다시 데이터를 보낸다. 

selective repeat - 유실된 데이터만 선택적으로 보낸다. 

 

혼잡제어

네트워크 혼잡을 감지하여서 상황에 맞게 송신 측의 데이터 전송량을 조절한다.

ex)

AIMD

- 송신 측이 transmission rate(window size)를 패킷 손실이 일어날 때까지 증가

Slow Start

- Slow Start는 송신 측이 window size를 1부터 패킷 손실이 일어날 때까지 지수승(exponentially)으로 증가

 

TCP 헤더

 

TCP 프로토콜은 여러 기능들을 제공해주기 때문에 시퀀스 번호나 ACK 번호같은 다양한 정보들을 헤더에 담고 있다.

 

TCP의 특징 정리

1. 연결 지향(가상회선 패킷 교환) 방식을 사용한다.

2. 3way , 4way 핸드 셰이크를 통해 연결을 수립하고 해제한다.

3. 신뢰성을 보장하기 위해 여러 전송 제어 기능들을 제공한다.

4. 패킷에 대한 응답을 받아야하기 때문에 상대적으로 속도가 느리다.

 

UDP - 사용자 데이터그램 프로토콜

 

데이터그램 단위로 데이터를 전송하는 프로토콜이다. TCP의 고질적인 문제인 속도로 인해서 빠른 처리가 요구되는 현대에 필요성이 대두되었으며 HTTP/3.0에서 표준으로 채택되었다. 

하지만 빠른 속도 대신 전송 제어나 핸드 셰이크(비연결성) 같은 기능들은 제공하지 않는다.

 

데이터그램 패킷 교환 방식

데이터그램을 사용하여서 데이터의 순서를 신경쓰지 않고 목적지로 라우팅 하는 역할만 수행한다.

이 과정에서 핸드 셰이크나 전송 제어같은 기능도 수행하지 않기 때문에 속도는 더 빨라진 대신 데이터의 무결성은 떨어진다.

 

UDP 헤더

 

UDP 프로토콜은 상대적으로 단순하기 때문에 헤더에서도 많은 정보를 담고 있진않다.

checksum 필드를 통해 최소한의 오류 검출은 수행한다.

 

UDP의 특징 정리

1. 비연결형 프로토콜이며, 데이터그램 패킷 교환 방식을 사용한다.

2. 연결 과정에서 별도의 절차를 거치지 않는다. -> 수신 여부를 확인할 수 없다.

3. 신뢰성이 낮은 대신 속도가 빠르다.

4. 속도가 중요시되는 실시간 서비스에 적합하다.