🌐 TCP/UDP 동작 원리 완전 정복

칙촉의 TCP/UDP를 보고 정리한 글입니다.

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❓ 왜 알아야 할까?

웹 어플리케이션의 성능 최적화와 신뢰성 확보를 위해 반드시 알아야 할 개념입니다.

• 📦 데이터의 소실 방지
• 📐 순서 보장
• 🚀 HTTP 3.0에서 사용되는 QUIC도 UDP 기반

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📚 TCP/IP 4계층 모델

계층	설명
Application	브라우저, 메일 클라이언트 등
Transport	TCP, UDP - 오늘의 주제!
Internet	IP (라우팅)
Network Access	이더넷 등

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🔁 TCP 동작 과정

1️⃣ 소켓 생성

• 브라우저가 도메인과 TCP 타입으로 소켓 요청
• OS의 프로토콜 스택이 소켓 생성 → 소켓 디스크립터 반환
• 디스크립터 = 소켓의 번호표

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2️⃣ 3-Way Handshake (연결 설정)

• 브라우저에서 디스크립터 + 서버 IP 주소 + 포트 번호를 넣어서 호출
• 프로토콜 스택이 요청을 받아서 웹서버로 요청 전달

• 클라이언트에서 시퀀스 번호를 초기화
• 초기화한 번호를 공유하기 위해서 SYN을 설정해서 서버로 전송
• SYN: 시퀀스 번호를 공유함을 나타내는 컨트롤 비트

초기 Sequence Number는 난수로 설정되어 재전송 충돌 방지

• 서버에서 시퀀스 번호를 초기화해서 공유
• 시퀀스 번호 수신을 알리기 위해서 ACK 번호를 설정해 클라이언트로 데이터 송신

• 클라이언트에서 ACK번호를 설정해서 서버로 데이터 송신

이런 과정을 거쳐 서버와 클라이언트가 연결됨!!!

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3️⃣ 데이터 송수신

• 클라이언트는 write()로 데이터 전송

• 서버는 read()로 수신 후 write()로 응답

• 클라이언트는 read()로 수신

📛 패킷 소실 시:

• 재전송 수행
• 재시도 실패 시 오류 반환

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4️⃣ 4-Way Handshake (연결 종료)

• 클라이언트에서 close 호출
• FIN을 설정해서 서버로 송신

• ACK를 설정해서 응답
• 클라이언트는 서버로부터 FIN 응답이 올 때까지 대기

• 서버에서 보낼 데이터가 없다면 close호출
• FIN을 설정해 클라이언트로 송신

• 클라이언트에서는 수신의 의미로 ACK번호를 설정해서 서버로 전송
• 클라이언트의 소켓이 말소되고 연결이 끊김

📌 소켓은 바로 말소되지 않고 일정 시간 유지 (TIME_WAIT 서버가 ACK패킷을 받지 못했을 경우에 다시 재요청을 할 수 있기 때문에)

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📄 TCP 주요 필드 요약

필드	설명
SYN	연결 시작
ACK	수신 확인
FIN	연결 종료
Seq Number	현재 패킷의 위치
ACK Number	몇 바이트까지 받았는지

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⚡ UDP 동작 과정

• 소켓 생성 시 TCP 대신 UDP 타입 지정

• sendto()로 데이터 전송

• recvfrom()으로 수신
• 핸드셰이크 없음, 순서/재전송 없음

📉 속도는 빠르지만 신뢰성 낮음 → 주로 스트리밍/게임에 사용

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🧾 TCP vs UDP 비교 정리

항목	TCP	UDP
연결 방식	3/4-Way Handshake	연결 없음
신뢰성	높음	낮음
전송 순서 보장	O	X
패킷 소실 시	재전송	무시
속도	느림	빠름
용도	웹, 파일 전송	실시간 스트리밍, 게임

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✨ 마무리

• TCP: 정확성 우선
• UDP: 속도 우선
• 네트워크 설계 및 서비스 목적에 따라 적절한 프로토콜을 선택하는 것이 중요합니다.