[기술공부] 프로세스와 스레드/TCP와 UDP의 공통점과 차이점/OSI 7계층

allnight5·2023년 3월 31일

기술공부

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목차
1. 자바에서 this 가 동작하는 원리와 용법
2. 프로세스와 스레드의 차이
3. TCP와 UDP의 공통점과 차이점
4. OSI 7계층

1. 자바에서 this 가 동작하는 원리와 용법

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this는 현재 실행 중인 메소드의 객체를 참고한다
~~
~~this의 값은 메소드가 어떻게 호출되었는지에 따라 달라진다.

1. 일반 메소드 호출에서 this는 전역 멤버변수(field)를 가리킨다.
2. 객체의 필드변수로 호출된 객체가 있을때 메소드에서 this는 해당 객체를 가리킨다.
3. 생성자 메소드에서 this는 생성된 객체를 가리킨다.
4. 클래스 내에서 this 뒤의 변수명은 매개변수(Parameter)가 아닌 멤버변수(field)를 의미한다.

~~따라서 this의 값은 실행 컨텍스트에 따라 동적으로 결정되며, 함수를 호출하는 방법에 따라 달라진다.~~

2. 프로세스와 스레드의 차이

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2-1. 프로세스란 무엇인가?

계속해서 실행하고 있는 컴퓨터 프로그램을 의미한다.
메모리에서 실행되고 있는 작업 단위를 프로세스라고하며
프로세스 내부에는 최소 하나의 스레드를 가지고 있으며 실제로는 스레드(thread)단위로 스케줄링을 한다.
하드디스크에 있는 프로그램을 실행하면, 실행을 위해서 메모리 할당이 이루어지고, 할당된 메모리 공간으로 바이너리 코드가 올라가게 된다. 이 순간부터 프로세스라 불린다.
프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.

2-2 스레드란 무엇인가?

프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
스레드란 프로세스 내부에 있는 작업의 흐름, CPU 수행 단위를 말한다.
프로세스 내에서 스레드가 여러개 존재하는 것을 멀티 스레드라고 한다.
일정 메모리 영역을 공유 하기 때문에 동일한 프로세스 내부의 스레드 간 문맥전환(context switching) 할때가, 프로세스 끼리 문맥전환(context switching)을 할때보다빠릅니다. 상대적으로 스위치 해야 할 메모리 영역이 적기 때문입니다.
하지만 멀티 스레드를 잘못 이용하면 버그 찾기가 쉽지 않습니다.

2-3. 자바 스레드(Java Thread) 란

일반 스레드와 거의 차이가 없으며, JVM가 운영체제의 역할을 한다.
자바에는 프로세스가 존재하지 않고 스레드만 존재하며, 자바 스레드는 JVM에 의해 스케줄되는 실행 단위 코드 블록이다.
자바에서 스레드 스케줄링은 전적으로 JVM에 의해 이루어진다. 정확히는 OS 스케줄러가 정해준다.
JVM 에 스케줄이 요청될 뿐이지 OS 스케줄러에 의해 최종 결정된다.

2-4. 프로세스와 스레드의 차이

오류가 발생했을때의 상황이 다르다.

프로세스의 경우 하나가 오류로 작동을 중지해도 다른 프로세스에 영향을 끼지지 않는다.
하지만 프로세스 하나의 내부에서 동작하는 스레드의 경우 하나가 오류로 작동을 중지하게 되면 모든 스레드가 작동을 중지하게 된다.
영역이 다르다

프로세스는 운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위이다.
쓰레드는 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위이고 프로세스 내에 여러개 생길 수 있다.
경제적차이

스레드를 생성하는 것이 프로세스를 생성하는 것보다 비용이 적다.
프로세스 간의 문맥 교환은 스레드 간의 문맥 교환보다 오버헤드가 더 크다.
(프로세스 문맥 교환시 TLB가 flush 되기 때문. 스레드는 Stack 영역만 처리하면 된다.)
데이터 공유의 차이가 있다.

프로세스는 다른 프로세스와 데이터를 공유하지 않아 가져와야 하는 작업에 시간과 비용이 들지만 스레드의 경우 스택을 제외하고 모두 프로세스의 자료를 공유하기 때문에 고립성 문제가 생기기도 한다.

3. TCP와 UDP의 공통점과 차이점

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TCP는 연결 지향적 프로토콜이다.

※ 연결 지향적 프로토콜은 클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 데이터를 주고받는 프로토콜을 의미한다.
신뢰성을 보장하는 연결형 서비스이다.
UDP보다 속도가 느리게 된다.

그렇기에 TCP는 연속성보다 신뢰성 있는 전송이 중요할 때 사용하는 프로토콜로 예를 들면, 파일 전송과 같은 경우에 사용된다.
TCP는 네트워크에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟(데이터, 메시지, 세그먼트라는 블록 단위)을
안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환할 수 있게 한다.

TCP의 특징

1. 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공

3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정하고,
4-way handshaking 과정을 통해 연결을 해제한다.

2. 오류제어

통신 중에 유실되거나 잘못된 테이터가 수신되었을 경우를 제어하는 것을 말합니다.

Go Back N 기법과 Selective Repeat 기법을 사용합니다.

Go Back N 기법 : 어떤 데이터에서 오류가 발생했는 지를 파악해서 그 부분만 다시 순서대로 전송합니다.
Selective Repeat 기법 : 에러가 발생한 데이터만 재전송하고 전에 받은 순서가 잘못된 데이터를 재정렬합니다.

3. 흐름 제어(Flow control)

데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지
송신하는 곳에서 감당이 안되게 많은 데이터를 빠르게 보내 수신하는 곳에서 문제가 일어나는 것을 막는다.
수신자가 윈도우크기(Window Size) 값을 통해 수신량을 정할 수 있다.

4. 혼잡 제어(Congestion control)

네트워크 내의 패킷 수가 과도하게 증가하지 않도록 방지
정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막는다.

5. 높은 신뢰성을 보장

Dupack-based retransmission
정상적인 상황에서는 ACK 값이 연속적으로 전송되어야 한다.
그러나 ACK값이 중복으로 올 경우 패킷 이상을 감지하고 재전송을 요청한다.
Timeout-based retransmission
일정시간동안 ACK 값이 수신을 못할 경우 재전송을 요청한다.
신뢰성이 높은 전송을 하기 때문에 UDP보다 속도가 느림

6. 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식

전이중 (Full-Duplex)
전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있다.
점대점 (Point to Point)
각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있다.

7. 1:1 통신이 가능하다(Unicast)

전이중(Full-Duplex) : 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있다.
점대점(Point to Point) : 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있다.

주의
반드시 서버만 CLOSE_WAIT 상태를 갖는 것은 아니다.
서버가 먼저 종료하겠다고 FIN을 보낼 수 있고, 이런 경우 서버가 FIN_WAIT1 상태가 됩니다.
누가 먼저 close를 요청하느냐에 따라 상태가 달라질 수 있다.

UDP는 비연결형 프로토콜이다.

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※ 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없고, 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되며, 독립적인 관계를 지닌다.
UDP의 특징

1. 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공한다.

데이터의 전송 순서가 바뀔 수 있다.

2. 데이터 수신 여부를 확인하지 않는다.

TCP의 3-way handshaking과 같은 과정 X

3. 신뢰성이 낮다.

흐름 제어(flow control)가 없어서 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.

4. TCP보다 속도가 빠르다.

5. 1:1 & 1:N(Broadcast) & N:N(Multicast) 통신이 가능하다.

(1). UDP는 비연결형 서비스이기 때문에,
(2). 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않는다.
서로 다른 경로로 독립적으로 처리하며,
(3). 흐름 제어 또는 혼잡 제어와 같은 기능을 처리하지 않기에
(4). TCP보다 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만, 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하지 못한다.

공통점

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OSI 7 계층 중 Layer 4: 전송계층에서 사용되는 프로토콜에 대한 내용입니다!

※ 전송 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층이다.
데이터의 전달을 담당하며 전달되는 패킷의 오류를 검사하고 재전송 요구 등의 제어를 담당한다.

차이점

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1. 어떤 프로토콜인가의 차이가 있다.

TCP는 연결 지향적 프로토콜이다.
UPD는 비연결 프로토콜이다.
이런차이로 인하여 전송 속도 차이와 신뢰성이 차이가 생긴다.

2.흐름제어로 인하여 신뢰성의 차이가 있다.

TCP는 흐름제어(flow control)로 인하여 제대로 전송되었는지 오류가 있는지 확인 할 수 있어 신뢰성이 높다.
UDP는 흐름제어(flow control)가 없어 없어서 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없어 신뢰성이 나다.

통신 할 수 있는 갯수의 차이가 있다.

TCP는 하나의 통신만 가능하지만 UDP 다대다 통신이 가능하다.

표로 보는 차이점

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TCP(Transfer Control Protocol)	UDP(User Datagram Protocol)
연결이 성공해야 통신 가능(연결형 프로토콜)	비연결형 프로토콜(연결 없이 통신이 가능)
데이터의 경계를 구분하지 않음(Byte-Stream Service)	데이터의 경계를 구분함(Datagram Service)
신뢰성 있는 데이터 전송(데이터의 재전송 존재)	비신뢰성 있는 데이터 전송(데이터의 재전송 없음)
일 대 일(Unicast) 통신	일 대 일, 일 대 다(Broadcast), 다 대 다(Multicast) 통신

요약

TCP는 연속성보다 신뢰성 있는 전송이 중요할 때에 사용되는 프로토콜이며,
UDP는 TCP보다 빠르고 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하지는 않습니다.
그렇기 때문에 신뢰성보다는 연속성이 중요한 실시간 스트리밍과 같은 서비스에 자주 사용됩니다.

각 프로토콜의 특징을 표로 비교해보면 다음과 같다.

unicast

boardcast

multicast

라우터를 지날 때마다 TTL 값을 하나식 감소시킵니다.

만약 TTL = 1이라면 라우터를 하나 지나면 TTL = 0이 되면서 이후에 해당 신호는 더 이상 사용되지 않습니다.

한마디로, 신호의 생존 주기입니다!
TTL 값에 대한 내용은 다음과 같습니다.

0 : 같은 호스트 상에서만 사용하는 것이며 인터페이스로 출력되지 않는다.
1 : 동일한 서브넷 네트워크 상으로 제안. 라우터에서 포워딩되지 않는다.
32 보다 작은 경우 : 동일한 site로 단체나 부서.
64 보다 작은 경우 : 동일한 지역으로 제한
128 보다 작은 경우 : 동일한 대륙 내부로 제한
255 보다 작은 경우 : 무제한.

연결된 장치들 모두가 듣는 것이기 때문에 구현이 용이하지만
원하지 않는 대상도 내 신호를 들을 수 있고 불필요한 트래픽이 발생한다는 점이 단점입니다.