11. 네트워크 프로그래밍(계속)
11-2. 네트워크
11-2-2. 일반 개념으로서 인터넷
11-2-2-3. UDP/TCP(L4)
UDP와 TCP는 모두 전송 계층에서의 프로토콜로, 전송 계층부터는 각 프로세스가 직접 통신할 수 있다.
하위 계층을 거쳐 호스트까지 도착한 데이터가 어떤 프로세스로 찾아가야 하는지 구분하기 위해서 포트 번호를 사용한다. 포트 번호는 16비트 길이의 부호 없는 정수이다.
예를 들어 웹서버가 80포트 번호를 할당했다고 할 때, 해당 호스트로 데이터를 보내면서 포트번호로 80을 입력하면 호스트까지 IP를 이용해 전송된 뒤, 웹서버가 있는 호스트는 포트번호를 확인해 웹서버 프로세스로 전달한다.
11-2-2-3-1. UDP
UDP User Datagram Protocol는 1980년에 정의된 전송 계층(L4)에서 동작하는 프로토콜이다.
IP는 호스트에서 호스트로 전송할 수 있었으므로 네트워크(L3) 계층에서 동작한다.
UDP는 프로세스에서 프로세스로 전달할 수 있으므로 전송 계층(L4)에서 동작한다.
UDP는 IP 데이터그램을 프로세스에서 프로세스로 전송하기 위해 IP 프로토콜에서 최소한의 기능만을 추가하였다.
UDP헤더에는 소스 포트번호, 도착지 포트번호, 데이터그램[^11-9] 길이, 체크섬만 존재한다.
IP에 호스트 자신의 주소를 목적지 IP를 사용하면, 도착지 포트번호를 가진 호스트 내의 다른 프로세스로 정보를 전송할 수도 있다.
상대편에서 메시지를 받을 준비가 되어있는지 확인하는 통신 과정을 정의하지 않았으므로 IP와 같이 단방향으로 정보를 전송한다.
전송 방식이 너무 단순해서 서비스의 신뢰성이 낮고, 데이터그램 도착 순서가 바뀌거나, 중복되거나, 심지어는 통보 없이 누락되기도 한다.
따라서 일반적으로 오류의 검사와 수정이 필요 없고 실시간성이 중요한 애플리케이션에서 사용한다.
[^11-9]: UDP도 단위로 데이터그램을 사용한다. IP 데이터그램과 구분이 필요한 경우에는 유저 데이터그램 user datagram이라고 표현한다.
11-2-2-3-2. TCP(L4)
TCP Transmission Control Protocol은 TCP/IP의 핵심 프로토콜 중 하나이다.
TCP는 UDP의 단점을 보완해 신뢰성, 순서 보장, 양방향성을 갖도록 설계되었다.
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연결:
- 데이터 전송 전에 송신자와 수신자 간에 연결을 설정(3-way handshake)하고, 통신이 종료될 때 연결을 해제한다. 이 때의 연결은 물리적 실체가 아니라 서로 응답이 가능한 상황인를 확인하고 연결된 프로세스 간에만 통신이 이루어지는 논리적 연결이다.
- 3-way handshake: 연결 설정을 위해 세 단계의 과정을 거친다:
SYN: 클라이언트가 서버에 연결을 요청
SYN-ACK: 서버가 클라이언트의 요청을 확인하고 응답
ACK: 클라이언트가 서버의 응답을 확인
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신뢰성:
데이터 전송 중 손실되거나 손상된 패킷은 재전송되며, 중복된 패킷은 제거되고, 수신된 데이터는 올바른 순서로 재조립된다.
데이터의 신뢰성을 보장하기 위해 응답 확인(Acknowledgment) 메커니즘과 타이머를 사용한다. -
흐름 제어 및 혼잡 제어:
TCP는 송신자와 수신자의 데이터 처리 속도에 맞추어 데이터 전송 속도를 조절한다.
네트워크 혼잡을 방지하기 위해 혼잡 제어 메커니즘을 사용한다. -
헤더 구조:
TCP 헤더는 최소 20바이트에서 최대 60바이트로, 다양한 제어 필드를 포함한다.
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사용 사례:
웹 브라우징(HTTP/HTTPS): 웹 페이지를 로드할 때, 데이터가 손실 없이 순서대로 도착해야 하므로
이메일 전송(SMTP): 이메일의 신뢰성 있는 전송을 보장하기 위해
파일 전송(FTP): 파일이 손상되지 않도록
11-3. 글로벌 IP 인터넷
글로벌 IP 인터넷 Global IP Internet은 internet의 가장 유명한 구현체이다.
(이 절에서 인터넷은 글로벌 IP 인터넷을 가리킨다.)
각 인터넷 호스트는 TCP/IP 프로토콜을 통해 통신한다.
TCP/IP는 TCP와 IP라는 프로토콜을 중심으로 구성되는 여러 프로토콜의 집합(군, suite)으로 속하는 프로토콜의 수가 100개가 넘는다.
TCP/IP는 또한 인터넷(Internet)에서 사용되는 기본 통신 프로토콜로 특정 운영체제에 국한되지 않는다.
