OSI 7 Layer 의 Transport Layer에는 TCP/UDP라는 두 가지 주요 Protocol이 존재한다.
TCP
TCP(Trasmission Control Protocol)는 연결 지향적 프로토콜이다.
연결 지향적 프로토콜이란 클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 데이터를 주고받는 프로토콜을 의미한다. 클라이언트가 연결 요청(SYN 데이터 전송)을 하고, 서버가 연결을 수락하면 통신 선로가 고정되고, 모든 데이터는 고정된 통신 선로를 통해서 순차적으로 전달된다. 그렇기 때문에 TCP는 데이터를 정확하고 안정적으로 전달할 수 있다.
TCP 프로토콜은 연결된 상태를 만들기 위해 다음과 같은 과정을 거친다.
TCP 3-Way HandShake (연결)
- Client에서 Server에 연결 요청을 하기위해 SYN 데이터를 보낸다.
- Server에서 해당 포트는 LISTEN 상태에서 SYN 데이터를 받고 SYN_RCV로 상태가 변경된다.
- 그리고 요청을 정상적으로 받았다는 대답(ACK)와 Client도 포트를 열어달라는 SYN 을 같이 보낸다.
- Client에서는 SYN+ACK 를 받고 ESTABLISHED로 상태를 변경하고 서버에 ACK 를 전송한다.
- ACK를 받은 서버는 상태가 ESTABLSHED로 변경된다.
반대로 연결해제를 하는 과정또한 존재한다.
TCP 4-Way HandShake (연결해제)
- 클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN Flag를 전송한다.
- 서버에서는 FIN 패킷을 정상적으로 받았다는 ACK를 클라이언트에 전송해준다. 그 후 서버는 CLOSE-WAIT 상태로 빠져든다.
- 연결을 종료한 후 서버는 클라이언트에게 FIN Flag를 전송해준다.
- 서버로부터 전송된 FIN Flag를 받은 클라이언트는 확인을 알리는 ACK를 서버로 전송한 후, 일정 시간동안 TIME-WAIT 상태에 빠지게 된다.
- 클라이언트로 부터 ACK를 받은 서버는 소켓을 Close하고 두 TCP간의 세션이 종료된다.
- TIME-WAIT에 빠진 클라이언트는 서버로 부터 FIN을 수신하더라도, 일정시간동안 세션을 유지하며 도착하지 않은 패킷을 기다린다.
상기 두 과정을 거쳐 연결 또는 연결해제를 진행하며 결과적으로 Sequence를 보장하는 안정적인 통신을 할 수 있게된다.
TCP의 특징
- 연결형 (connnection-oriented) 서비스로 연결이 성공해야 통신이 가능하다.
- 데이터의 경계를 구분하지 않는다. (바이트 스트림 서비스)
- 데이터의 전송 순서를 보장한다. (데이터의 순서 유지를 위해 각 바이트마다 번호를 부여)
- 신뢰성있는 데이터를 전송한다. (Sequence Number, Ack Number를 통한 신뢰성 보장)
- 데이터 흐름 제어(수신자 버퍼 오버플로우 방지) 및 혼잡 제어(패킷 수가 과도하게 증가하는 현상 방지)
- 연결의 설정(3-way handshaking)과 해제(4-way handshaking) 필요
- 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 서비스
이와 같은 특징 때문에 단점 또한 존재한다.
TCP의 단점
- 데이터로 보내기 전에 반드시 연결이 형성되어야한다.
- 1 : 1 통신만 가능하다.
- 고정된 통신 선로가 최단선(네트워크 길이)이 아닐경우 상대적으로 UDP보다 데이터 전송속도가 느리다.
지금까지 Transport Layer의 첫 번째 프로토콜 TCP에 대해 알아보았다. 그렇다면 다음 UDP 프로토콜에 대해 알아보자.
UDP
UDP(User Datagram Protocol)는 전송계층의 비연결 지향적 프로토콜이다.
비연결 지향적이란 데이터를 주고받을 때 연결 절차를 거치지 않고 발신자가 일방적으로 데이터를 발신하는 방식을 의미한다. 연결 과정이 없기 때문에 TCP보다는 빠른 전송을 할 수 있지만 데이터 전달의 신뢰성은 떨어진다. UDP는 발신자가 데이터 패킷을 순차적으로 보내더라도 이 패킷들은 서로 다른 통신 선로를 통해 전달 될 수 있다. 먼저 보낸 패킷이 느린 선로를 통해 전송될 경우 나중에 보낸 패킷보다 늦게 도착할 수 있으며 최악의 경우 잘못된 선로로 전송되어 유실될 수도 있다.
UDP의 경우 연결이 필요하지 않기 때문에 바로 특징과 단점에 대해 알아보도록 하자.
UDP의 특징
- 비연결형 서비스로 연결 없이 통신이 가능하며 데이터그램 방식을 제공한다.
- 데이터 경계를 구분한다. (데이터그램(datagram) 서비스)
- 정보를 주고 받을때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않는다.
- 패킷관리가 필요하다.
- 패킷 오버헤드가 적어 네트워크 부하가 감소되는 장점.
- 상대적으로 TCP보다 전송속도가 빠르다.
이와 같은 특징 때문에 단점이 존재한다.
UDP의 단점
- 데이터의 신뢰성이 없다.
- 의미있는 서버를 구축하기위해서는 일일이 패킷을 관리해주어야 한다.
결론
자, 우리는 방금 TCP/UDP 프로토콜에 대해 알아보았다.
TCP는 신뢰성이 보장되면서 상대적으로 느린 프로토콜로서 데이터를 누락시키면 안되는 어플리케이션에서 주로 이용한다.
반대로 UDP는 신뢰성이 보장되지 않더라도 빠르게 데이터를 전송해야될 때 사용하며, 보통은 Streaming 형식의 어플리케이션(동영상 어플리케이션, 게임 어플리케이션 등)에 사용이 된다.
TCP/UDP의 쓰임새와 어떤 의미를 갖는지에 대해 알고 있도록 하자.
