UDP

UDP(User Datagram Protocol, 사용자 데이터그램 프로토콜)는 비연결형 프로토콜이다.
IP 데이터그램을 캡슐화하여 보내는 방법과 연결 설정을 하지 않고 보내는 방법을 제공한다.
UDP 는 흐름제어, 오류제어 또는 손상된 세그먼트의 수신에 대한 재전송을 하지 않는다.
이 모두가 사용자 프로세스의 몫이다. UDP 가 행하는 것은 포트들을 사용하여 IP 프로토콜에 인터페이스를 제공하는 것이다.

종종 클라이언트는 서버로 짧은 요청을 보내고, 짧은 응답을 기대한다. 만약 요청 또는 응답이 손실된다면, 클라이언트는 TIME_OUT되고 다시 시도할 수 있으면 된다. 코드가 간단할 뿐만 아니라 TCP 처럼 초기설정(initial setup)에서 요구되는 프로토콜보다 적은 메시지가 요구된다.

UDP 를 사용하는 것들에는 DNS 가 있다. 어떤 호스트 네임(Hostname)의 IP주소를 찾을 필요가 있는 프로그램은, DNS 서버로 호스트 네임(Hostname)을 포함한 UDP 패킷을 보낸다.
이 서버는 호스트(Host)의 IP주소를 포함한 UDP 패킷으로 응답한다.
사전에 설정이 필요하지 않으며, 그 후에 해제가 필요하지 않다.

UDP 통신이란

• User Datagram Protocol의 약자로 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜이다.
• 비연결형, 신뢰성 없는 전송 프로토콜이다.
• 데이터그램 단위로 쪼개면서 전송을 해야하기 때문에 전송 계층이다.
• Transport layer에서 사용하는 프로토콜이다.

UDP는 왜 사용하는가?

• UDP의 결정적인 장점은 데이터의 신속성이다. 데이터의 처리가 TCP보다 빠르다.
• 주로 실시간 방송과 온라인 게임에서 사용된다. 네트워크 환경이 안 좋을때, 끊기는 현상을 생각하면 된다.

DNS(Domain Name System)에서 UDP를 사용하는 이유

• Request의 양이 작음 → UDP Request에 담길 수 있다.
• 3 way handshaking으로 연결을 유지할 필요가 없다. (오버헤드 발생)
• Request에 대한 손실은 Application Layer에서 제어가 가능하다.
• DNS : port 53번
• But, TCP를 사용할 때가 있다! 크기가 512(UDP 제한)이 넘을 때, TCP를 사용해야한다.

---

TCP

대부분의 인터넷 응용 분야들은 신뢰성과 순차적인 전달을 필요로 한다.
UDP는 신뢰성과 순차적인 전달을 제공하지 않아서, 이를 만족시키기 위해 만들어진 것이 TCP 이다.

TCP(Transmission Control Protocol, 전송제어 프로토콜) 는 신뢰성이 없는 인터넷을 통해 종단간에 신뢰성 있는 바이트 스트림을 전송한다.
TCP 서비스는 송신자와 수신자 모두가 소켓(Socket)이라고 부르는 종단점을 생성함으로써 이루어진다.
TCP에서 연결 설정(Connection-Establishment)은 3-way-handshake 를 통해 수행된다.

모든 TCP 연결은 전이중(full-duplex) , 점대점(point-to-point) 방식이다.

• 전이중 이란, 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있음을 의미한다.
• 점대점 이란, 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있음을 의미한다.

TCP는 멀티캐스팅이나 브로드캐스팅을 지원하지 않는다.

TCP 통신이란

• 네트워크 통신에서 신뢰적인 연결방식을 의미한다.
• TCP는 기본적으로 Unreliable Network 에서, Reliable Network 를 보장할 수 있도록 하는 프로토콜이다.
• TCP는 혼잡 방지 알고리즘(Network Congestion Avoidance Algorithm) 을 사용한다.

Reliable Network를 보장한다는 것은 4가지 문제점이 존재한다.

• 손실 : 패킷이 손실될 수 있는 문제
• 순서 바뀜 : 패킷의 순서가 바뀌는 문제
• 혼잡 : 네트워크가 혼잡한 문제
• Overload : Receiver가 Overload되는 문제

흐름제어(Flow Control)

• 송신측과 수신측의 데이터 처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법
• 흐름제어는 수신자가 패킷을 지나치게 많이 받지 않도록 조절하는 것
• 기본 개념은 수신자가 송신자에게 현재 자신의 상태를 Feedback하는 것

방법

• Stop and Wait : 매번 전송한 패킷에 대해 확인 응답을 받아야만 그 다음 패킷을 전송

• Sliding Window (Go Back N ARQ)
  • 수신측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신측에서 확인 응답없이 세그먼트를 전송할 수 있게하여 데이터 흐름을 동적으로 조절
  • 동작 방식
    • 먼저 윈도우에 포함된느 모든 패킷을 전송하고, 그 패킷들의 전달이 확인되는대로 이 윈도우를 옆으로 옮김으로써 그 다음 패킷들을 전송한다.
  • Window : TCP/IP 를 사용하는 모든 호스트들은 송신하기 위한 것과 수신하기 위한 2개의 Window를 가지고 있다. 호스트들은 실제 데이터를 보내기 전에 3-way-handshake 를 통해 수신 호스트의 receive window size 에 자신의 send window size 를 맞추게 된다.

혼잡제어 (Congestion Control)

• 네트워크의 혼잡을 피하기 위해 송신측에서 보내는 데이터의 전송속도를 강제로 줄이는 방법
  (송신측의 데이터는 지역망이나 인터넷으로 연결된 대형 네트워크를 통해 전달된다. 만약 한 라우터에 데이터가 몰릴 경우, 자신에게 온 데이터를 모두 처리할 수 없게된다. 이 경우 호스트들은 다시 재전송을 하게되고 결국 혼잡만 늘어나서 오버플로우나 데이터 손실을 발생시킨다.)
• 네트워크 내에 패킷의 수가 과도하게 증가하는 현상을 혼잡이라고 한다.
• 혼잡제어는 호스트와 라우터를 포함한 보다 넓은 관점에서의 전송 문제를 다룬다.

  흐름제어는 송신측과 수신측 사이의 전송속도를 다룬다.

방법

• AIMD(Additive Increase / Multiplicative Decrease)
  • 처음에 패킷을 하나씩 보내고 문제없이 도착하면 window 크기(단위 시간 내에 보내는 패킷의 수)를 1씩 증가시키며 전송하는 방법
  • 패킷 전송에 실패하거나 일정 시간을 넘으면 패킷 전송 속도를 절반으로 줄인다.
  • 여러 호스트가 한 네트워크를 공유하고 있으면 나중에 진입하는 쪽이 불리하지만, 시간이 흐를수록 평형상태로 수렴하는 특징이 있다.(공평한 방식)
  • 문제점으로는 초기에 네트워크의 높은 대역폭을 사용하지 못하여 오랜 시간이 걸리게 되고, 네트워크가 혼잡해지는 상황을 미리 감지하지 못한다.
    즉, 네트워크가 혼잡해지고 나서야 대역폭을 줄이는 방식이다.
• Slow Start (느린 시작)
  • AIMD와 마찬가지로 패킷을 하나씩 보내면서 시작하고, 패킷이 문제없이 도착하면 각각의 ACK 패킷마다 window 크기를 1씩 늘려준다. 한 주기가 지나면 window 크기가 2배가 된다.
  • 전송속도는 AIMD에 반해 지수함수 꼴로 증가한다. 대신에 혼잡 현상이 발생하면 window 크기를 1로 떨어뜨린다.
  • 처음에는 네트워크 수용량을 예상할 수 있는 정보가 없지만, 한번 혼잡 현상이 발생하면 네트워크의 수용량을 어느 정도 예상할 수 있다.
  • 그러므로 혼잡 현상이 발생했던 window 크기의 절반까지는 이전처럼 지수 함수 꼴로 window 크기를 증가시키고 그 이후부터는 완만하게 1씩 증가시킨다.
• Fast Retransmit (빠른 재전송)
  • 빠른 재전송은 TCP의 혼잡 제어에 추가된 정책
  • 패킷을 받는 쪽에서 먼저 도착해야할 패킷이 도착하지 않고 다음 패킷이 도착한 경우에도 ACK 패킷을 보낸다.
  • 단, 순서대로 잘 도착한 마지막 패킷의 다음 패킷의 순번을 ACK 패킷에 실어서 보내게 되므로, 중간에 하나가 손실되면 송신 측에서는 순번이 중복된 ACK 패킷을 받는다.
    이것을 감지하는 순간 문제가 되는 순번의 패킷을 재전송할 수 있다.
  • 중복된 순번의 패킷을 3개 받으면 재전송을 수행한다. 이때 혼잡을 감지하고 window 크기를 줄인다.
• Fast Recovery (빠른 회복)
  • 혼잡한 상태가 되면 window 크기를 반으로 줄이고 선형증가시키는 방법.
  • 혼잡한 상황을 한번 겪고 나서부터는 순수한 AIMD 방식으로 동작한다.

총 정리

프로토콜	TCP	UDP
신뢰성	높다	낮다
연결 방식	연결형 서비스	비연결형 서비스
전송 순서	전송 순서 보장	전송 순서가 바뀔 수 있다
통신 방식	1:1	1:1 / 1:N / N:N
패킷 교환 방식	가상 회선 방식	데이터그램 방식
수신 여부 확인	수신여부 확인	수신여부 확인하지 않음
속도	느리다	빠르다