전송계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층으로, 쉽게 말해 데이터의 전달을 담당한다. 그 때 사용하는 프로토콜이 있는데, 그 프로콜들이 TCP와 UDP이다. TCP와 UDP가 무엇인지 알아보자.
TCP
TCP는 인터넷상에서 데이터를 메세지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜이다. 일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리하게 된다.
TCP 특징
- 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다.
- 3-way handshaking과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshaking을 통해 해제한다.
- 흐름 제어 및 혼잡 제어를 한다.
- 높은 신뢰성을 보장한다.
- UDP보다 속도가 느리다.
- 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식이다.
- 데이터의 경계가 존재하지 않는다.
TCP가 가상 회선 방식을 제공한다는 것은 발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 말이다.
3-way handshaking과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는 과정을 의미한다. TCP가 이러한 특징을 지니는 이유는 연결형 서비스로 신뢰성을 보장하기 때문이다. 그래서 3-way handshaking의 과정도 사용하는 것이고, 데이터의 흐름제어나 혼잡 제어와 같은 기능도 한다. 하지만 이러한 기능때문에 CPU를 사용함으로써 UDP보다 속도가 느리다. 그렇기에 TCP는 연속성보다 신뢰성있는 전송이 중요할 때에 사용하는 프로토콜로 예를 들면 파일 전송과 같은 경우에 사용된다.
TCP 프로토콜에서 통신이 진행될 때, 클라이언트에서 서버에게 10의 크기를 가진 데이터 송신을 10번 진행한다고 가정하자. 총 크기는 100바이트다. 클라이언트는 send 함수를 10번 호출하여 데이터를 10번 송신한다.
반면에 서버는 단 한 번만 recv 함수를 호출하여 모든 데이터를 수신할 수 있다.
이처럼 송신 함수의 호출 횟수와 수신 함수의 호출 횟수가 일치하지 않아도 된다라는 의미는 데이터의 경계가 없다고 볼 수 있다.
TCP 서버 특징
- 서버소켓은 연결만을 담당한다.
- 연결과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 데이터의 송수신에 사용된다
- 서버와 클라이언트는 1대1로 연결된다.
- 패킷에 대한 응답을 해야하기 때문에 성능이 낮다.
- Streaming 서비스에 불리하다.
패킷(Packet)이란?
인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 경로배정(라우팅)을 효율적으로 하기 위해서 데이터를 여러 개의 조각들로 나누어 전송을 하는데 이때, 이 조각을 패킷이라고 합니다.
TCP는 패킷을 어떻게 추적 및 관리할까?
데이터는 패킷단위로 나누어 같은 목적지(IP계층)으로 전송된다. 예를 들어 한줄로 서야하는 A,B,C라는 사람(패킷)들이 서울(발신지)에서 출발하여 부산(수신지)으로 간다고 하자. 그런데 A,B,C가 순차적으로 가는 상황에서 B가 길을 잘못 들어서 분실되었다고 하자. 하지만 목적지에서는 A,B,C가 모두 필요한지 모르고 A,C만 보고 다 왔다고 착각할 수 있다. 그렇기 때문에 A,B,C라는 패킷에 1,2,3이라는 번호를 부여하여 패킷의 분실 확인과 같은 처리를 하여 목적지에서 재조립을 한다. 이런 방식으로 TCP는 패킷을 추적하며, 나누어 보내진 데이터를 받고 조립을 할 수 있다.
UDP
UDP는 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜이다.
연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없기 때문에 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되고, 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 되는데 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하게 된다.
UDP 특징
- 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공한다
- 정보를 주고 받을 때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않는다.
- UDP헤더의 CheckSum 필드를 통해 최소한의 오류만 검출한다.
- 신뢰성이 낮다
- TCP보다 속도가 빠르다
UDP는 비연결형 서비스이기 때문에, 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않는다. 서로 다른 경로로 독립적으로 처리함에도 패킷에 순서를 부여하여 재조립을 하거나 흐름 제어 또는 혼잡 제어와 같은 기능도 처리하지 않기에 TCP보다 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 신뢰성있는 데이터의 전송을 보장하지는 못한다.
UDP 서버의 특징
- UDP에는 연결 자체가 없어서(connect 함수 불필요) 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 초과하면 잘라서 보낸다.
- 흐름제어 및 혼잡제어가 없다.
- 파일 전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스보다 성능이 중요시 되는 경우에 사용된다.
흐름제어(Flow Control)와 혼잡제어(Congestion Control)이란?
흐름제어는 데이터를 송신하는 곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하는 것이다. 예를 들어 송신하는 곳의 버퍼가 가득 차있는데 데이터를 계속해서 보내게 되면 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.
TCP vs UDP
[참고]
