TCP & UDP

lob3767·2022년 5월 12일
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TCP ??, UDP??

TCP & UDP 는 전송계층에서 사용하는 포로토콜으로써, 목적지 장비까지 전송한 패킷을 상위의 특정 응용 프로토콜에게 전달하는 것에 목적이 있다.

전송계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하고 IP에 의해 전달되는 패킷의 오류를 검사하며 재전송 요구 제어등을 담당하는 계층이다.

즉, 데이터의 전달을 담당한다고 생각하면 된다.

TCP와 UDP는 포트 번호를 이용하여 주소를 지정하는것과 데이터 오류검사를 위한 체크섬 존재와 같은 공통점들을 가지고 있지만, 여러 차이점 또한 가지고 있다.



TCP

TCP는 Transmission Control Protocol의 약자로, 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다. TCP는 3-way handshaking과정을 통해 연결을 설정하고 4-way-handshaking을 통해 해제한다.

TCP의 3-way-handshaking

TCP는 장치들 사이에 논리적인 접속을 성립(establish)하기 위하여 3-way-handshake를 사용한다. TCP 3 Way Handshake는 TCP/IP 프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 의미한다.

Client > Server : TCP SYN

Server > Client : TCP SYN ACK

Client > Server : TCP ACK

SYN : SYN은 'Synchronize' 의 약자로, 다른 컴퓨터로 전송 된 TCP 패킷으로 연결이 이루어 지도록 요청한다.
SYN이 두 번째 시스템에서 수신되면 SYN / ACK가 SYN이 요청한 주소로 다시 전송된다. 마지막으로, 원래 컴퓨터가 SYN / ACK를 수신하면 최종 ACK가 전송된다.

ACK : ACK은 'Acknowledgment' 의 약자로, 다른 컴퓨터 나 네트워크 장치가 다른 컴퓨터에 SYN / ACK 또는 다른 요청을 보낸 것을 확인한 응답을 나타낸다.

TCP의 3-way Handshaking 역할

  • 양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이터 전달이 시작하기전에 한쪽이 다른 쪽의 준비가 완료되었다는 것을 알 수 있도록 한다.

  • 양쪽 모두 상대편에 대한 초기 순차일련번호를 얻을 수 있도록한다.

TCP의 3-way Handshaking 과정

1 ) A클라이언트는 B서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다. 이때 A클라이언트는 SYN 을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는SYN_SENT 상태가 되는 것이다.

2 ) B서버는 SYN요청을 받고 A클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK 와 SYN flag 가 설정된 패킷을 발송하고 A가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다. 이때 B서버는 SYN_RECEIVED 상태가 된다.

3 ) A클라이언트는 B서버에게 ACK을 보내고 이후로부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 되는것이다. 이때의 B서버 상태가 ESTABLISHED 이다.

위와 같은 방식으로 통신하는것이 신뢰성 있는 연결을 맺어 준다는 TCP의 3-Way handshake 방식이다.


TCP의 4-way Handshaking

3-way Handshaking 는 TCP의 연결을 초기화할 때 사용한다면, 4-way Handshaking는 세션을 종료하기 위해 수행되는 절차이다.

TCP의 4-way Handshaking 과정

1 ) 클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다.

2 ) 서버는 일단 확인메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가 TIME_WAIT 상태다.

3 ) 서버가 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.

4 ) 클라이언트는 확인했다는 메시지를 보낸다.


TCP 서버의 특징

  • 연결형 (connnection-oriented) 서비스로 연결이 성공해야 통신이 가능하다.
  • 데이터의 경계를 구분하지 않는다. (바이트 스트림 서비스)
  • 데이터의 전송 순서를 보장한다. (데이터의 순서 유지를 위해 각 바이트마다 번호를 부여)
  • 신뢰성있는 데이터를 전송한다. (Sequence Number, Ack Number를 통한 신뢰성 보장)
  • 데이터 흐름 제어(수신자 버퍼 오버플로우 방지) 및 혼잡 제어(패킷 수가 과도하게 증가하는 현상 방지)
  • 연결의 설정(3-way handshaking)과 해제(4-way handshaking)
  • 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 서비스
  • UDP보다 전송속도가 느리다.

TCP 서버의 단점

  • 데이터로 보내기 전에 반드시 연결이 형성되어야함.
  • 1 : 1 통신만 가능함.
  • 고정된 통신 선로가 최단선(네트워크 길이)이 아닐경우 상대적으로 UDP보다 데이터 전송속도가 느림.


UDP

UDP(User Datagram Protocol)는 전송계층의 비연결 지향적 프로토콜이다. 비연결 지향적이란 데이터를 주고받을 때, 연결 절차를 거치지 않고 발신자가 일방적으로 데이터를 발신하는 방식을 의미한다.

연결 과정이 없기 때문에 TCP보다는 빠른 전송을 할 수 있지만 데이터 전달의 신뢰성은 떨어진다. UDP는 발신자가 데이터 패킷을 순차적으로 보내더라도 해당 패킷들은 서로 다른 통신 선로를 통해 전달 될 수 있다.

먼저 보낸 패킷이 느린 선로를 통해 전송될 경우 나중에 보낸 패킷보다 늦게 도착할 수 있으며, 최악의 경우 잘못된 선로로 전송되어 패킷의 유실 위험도 있다. 이럴 경우 TCP와는 다르게 UDP는 중간에 패킷이 유실이나 변조가 되어도 재전송을 하지 않는다.


UDP의 단점

  • 데이터의 신뢰성이 없다.
  • 의미있는 서버를 구축하기 위해서는 일일이 패킷을 관리해주어야한다.

UDP의 특징

  • 비연결형 서비스로 연결 없이 통신이 가능하며 데이터그램 방식을 제공한다.
  • 데이터 경계를 구분한다. (데이터그램(datagram) 서비스)
  • 정보를 주고 받을때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않는다.
  • 신뢰성 없는 데이터를 전송한다. (데이터 재전송과 데이터 순서 유지를 위한 작업을 하지 않는다.
  • 패킷관리가 필요하다.
  • 패킷 오버헤드가 적어 네트워크 부하가 감소되는 장점.
  • 상대적으로 TCP보다 전송속도가 빠르다.
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