출처 : 망나니개발자님 블로그
네트워크 계층들 중 전송 계층에서 사용하는 프로토콜에 대해서 알아보자
전송계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층이다.
쉽게 말해 데이터의 전달을 담당한다.
데이터를 보내기 위해 사용하는 프로토콜이 있는데 그 프로토콜들이 TCP / UDP 이다.
TCP(Transmission Control Protocol)
인터넷상에서 데이터를 메세지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜
일반적으로는 TCP와 IP를 함께 사용한다.
IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리하게 된다.
TCP는 연결형 서비스를 지원하는 프로토콜로 인터넷 환경에서 기본으로 사용한다.
TCP 특징
- 연결 지향 방식이다
- 3-way handshaking과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshaking을 통해 해제한다.
- 흐름 제어 및 혼잡 제어
- 높은 신뢰성 보장
- UDP보다 속도가 느림
- 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식.
TCP가 연결 지향 방식이라는 것은 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 말이다.
3-way handshaking과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는 과정을 의미한다.
TCP는 연결형 서비스로 신뢰성을 보장하기 때문에 이런한 특징을 지니고 있다.
그래서 3-way handshaking의 과정을 사용하는 것이고 데이터의 흐름제어나 혼잡 제어와 같은
기능도 한다.
하지만 이러한 기능 때문에 UDP보다 속도가 느리다. (이러한 기능은 CPU를 사용하기 때문)
이렇기 때문에 TCP는 연속성보다 신뢰성있는 전송이 중요할 때에 사용하는 프로토콜로
예를 들면 파일 전송과 같은 경우에 사용된다.
TCP 서버의 특징
- 서버소켓은 연결만을 담당
- 연결과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 데이터의 송수신에 사용
- 서버와 클라이언트는 1대1로 연결
- 스트림 전송으로 전송 데이터의 크기가 무제한이다.
- 패킷에 대한 응답을 해야하기 때문에(시간 지연, CPU 소모) 성능이 낮음
- Streaming 서비스에 불리하다(손실된 경우 재전송 요청을 하므로)
패킷(Packet)
인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 경로배정(라우팅)을 효율적으로 하기 위해서
데이터를 여러 개의 조각들로 나누어 전송을 하는데 이때, 이 조각을 패킷이라 함.
TCP는 패킷을 어떻게 추적 및 관리할까?
데이터를 패킷단위로 나누어 같은 목적지(IP계층)으로 전송된다고 설명했다.
예를 들어 한줄로 서야하는 A,B,C라는 사람(패킷)들이 서울(발신지)에서 출발하여 부산(수신지)으로 간다고 생각해보자
그런데 A,B,C가 순차적으로 가능 상황에서 B가 길을 잘못 들어서 분실되었다고 하자.
하지만 목적지에서는 A,B,C가 모두 필요한지 모르고 A,C만 보고 다 왔다고 착각할 수도 있다.
그렇기 때문에 A,B,C라는 패킷에 1,2,3 이라는 번호를 부여하여 패킷의 분실 확인과 같은 처리를 하여 목적지에서 재조립한다.
이러한 방식으로 TCP는 패킷을 추적하며, 나누어 보내진 데이터를 받고 조립할 수 있다.
UDP(User Datagram Protocol)
데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜
데이터그램이란 독립적인 관계를 지니는 패킷이라는 뜻이다
TCP와 달리 UDP는 비연결형 프로토콜이다. 즉, 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없다.
그렇기 때문에 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되고, 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 되는데 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하게 되는 프로토콜을 UDP라고 한다.
UDP 특징
- 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공
- 정보를 주고 받을 때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않음
- UDP헤더의 CheckSum 필드를 통해 최소한의 오류만 검출
- 신뢰성이 낮음
- TCP보다 속도가 빠름
UDP는 비연결형 서비스이기 때문에 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않는다.
서로 다른 경로를 독립적으로 처리함에도 패킷에 순서를
부여하여 재조립을 하거나 흐름 제어 또는 혼잡 제어 같은 기능도 처리하지 않기 때문에 TCP보다 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 신뢰성있는 데이터의 전송을 보장하지는 못한다.
그렇기 때문에 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스에 자주 사용된다. ex) 실시간 서비스(streaming)
UDP 서버의 특징
- UDP에는 연결 자체가 없어서(connect 함수 필요X) 서버 소켓과 클라이언트 소켓의 구분이 없다.
- 소켓 대신 IP를 기반으로 데이터를 전송한다.
- 서버와 클라이언트는 1대1, 1대N, N대M 등으로 연결될 수 있다.
- 데이터그램(메세지) 단위로 전송되며 그 크기는 65535바이트로, 크기가 초과되면 잘라서 보낸다.
- 흐름제어(flow control)가 없어서 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.
- 파일 전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스보다 성능이 중요시 되는 경우에 사용된다.
흐름제어(Flow Control)와 혼잡제어(Congestion Control)
흐름제어는 데이터를 송신하는 곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하는 것이다.
예를 들어 송신하는 곳에서 감당이 안되게 데이터를 빠르게 많이 보내면
수신자에서 문제가 발생하기 때문이다.
혼잡제어는 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지하는 것이다.
만약 정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막는다.
버퍼 오버플로우(Buffer Overfolw)
프로그램이 실행될 때 입력받는 값이 버퍼를 가득 채우다 못해 흘러넘쳐 버려 버퍼 이후의 공간을 침범하는 현상
쉽게 말해 양동이(버퍼)에 물(값)을 입력 받을 때 물을 너무 많이 받아 바닥에 흘러 넘쳐버리는 것이라고 생각하면 된다.
TCP vs UDP
| 프로토콜 종류 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 연결방식 | 연결형 서비스 | 비연결형 서비스 |
| 패킷 교환 방식 | 가상 회선 방식 | 데이터그램 방식 |
| 전송 순서 | 전송 순서 보장 | 전송 순서가 바뀔 수 있음 |
| 수신 여부 확인 | 수신여부 확인 | 수신여부 확인 X |
| 통신 방식 | 1:1 | 1:1,1:N,N:N |
| 신뢰성 | 높다 | 낮다 |
| 속도 | 느리다 | 빠르다 |
