[데이터 통신] TCP vs UDP

지환·2022년 9월 14일

1. 전송계층

이전 글에서 TCP/IP 모델에 대해 공부했다. TCP와 UDP는 TCP/IP의 전송계층에서 사용되는 프로토콜이다. 전송계층은 IP에 의해 전달되는 패킷의 오류를 검사하고 재전송 요구 등의 제어를 담당하는 계층이다.

2. TCP vs UDP

TCP는 Transmission Control Protocol의 약자이고, UDP는 User Datagram Protocol의 약자이다. 두 프로토콜은 모두 패킷을 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 전달해주는 IP 프로토콜을 기반으로 구현되어 있지만, 서로 다른 특징을 가지고 있다.

그림으로 비교하는 TCP vs UDP

먼저, TCP의 데이터 송신 과정을 살펴보자.

반면, UDP는 일방적이다.

즉, 신뢰성이 요구되는 애플리케이션에서는 TCP를 사용하고 간단한 데이터를 빠른 속도로 전송하고자 하는 애플리케이션에서는 UDP를 사용한다.

표로 비교하는 TCP vs UDP

3. TCP (Transmission Control Protocol)

TCP는 네트워크 계층 중 전송 계층에서 사용하는 프로토콜로서, 장치들 사이에 논리적인 접속을 성립(establish)하기 위하여 연결을 설정하여 신뢰성을 보장하는 연결형 서비스 이다. TCP는 네트워크에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟(데이터, 메세지, 세그먼트라는 블록 단위)를 안정적으로, 순서대로, 에러없이 교환할 수 있게 한다.

3.1. TCP의 특징

연결형 서비스

연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다.

3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정
4-way handshaking 을 통해 연결을 해제.

흐름제어(Flow control)

데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지

송신하는 곳에서 감당이 안되게 많은 데이터를 빠르게 보내 수신하는 곳에서 문제가 일어나는 것을 막는다.
수신자가 윈도우크기(Window Size) 값을 통해 수신량을 정할 수 있다.

혼잡제어(Congestion control)

네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지

정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막는다.

신뢰성이 높은 전송(Reliable transmission)

Dupack-based retransmission
- 정상적인 상황에서는 ACK 값이 연속적으로 전송되어야 한다.
- 그러나 ACK값이 중복으로 올 경우 패킷 이상을 감지하고 재전송을 요청한다.
Timeout-based retransmission
- 일정시간동안 ACK 값이 수신을 못할 경우 재전송을 요청한다.

전이중, 점대점 방식

- 전이중 (Full-Duplex)

전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있다.

- 점대점 (Point to Point)

각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있다.

=> 멀티캐스팅이나 브로드캐스팅을 지원하지 않는다.

3.2. TCP Header 정보

응용 계층으로부터 데이터를 받은 TCP는 헤더를 추가한 후에 이를 IP로 보낸다. 헤더에는 아래 표와 같은 정보가 포함된다.

제어 비트(Flag Bit) 정보

ACK 제어비트

ACK는 송신측에 대하여 수신측에서 긍정 응답으로 보내지는 전송 제어용 캐릭터
ACK 번호를 사용하여 패킷이 도착했는지 확인한다.

-> 송신한 패킷이 제대로 도착하지 않았으면 재송신을 요구한다.

3.3. TCP의 연결 및 해제 과정

TCP Connection (3-way handshake)

먼저 open()을 실행한 클라이언트가 SYN을 보내고 SYN_SENT 상태로 대기한다.
서버는 SYN_RCVD 상태로 바꾸고 SYN과 응답 ACK를 보낸다.
SYN과 응답 ACK을 받은 클라이언트는 ESTABLISHED 상태로 변경하고 서버에게 응답 ACK를 보낸다.
응답 ACK를 받은 서버는 ESTABLISHED 상태로 변경한다.

TCP Disconnection (4-way handshake)

먼저 close()를 실행한 클라이언트가 FIN을 보내고 FIN_WAIT1 상태로 대기한다.
서버는 CLOSE_WAIT으로 바꾸고 응답 ACK를 전달한다. 동시에 해당 포트에 연결되어 있는 어플리케이션에게 close()를 요청한다.
ACK를 받은 클라이언트는 상태를 FIN_WAIT2로 변경한다.
close() 요청을 받은 서버 어플리케이션은 종료 프로세스를 진행하고 FIN을 클라이언트에 보내 LAST_ACK 상태로 바꾼다.
FIN을 받은 클라이언트는 ACK를 서버에 다시 전송하고 TIME_WAIT으로 상태를 바꾼다. TIME_WAIT에서 일정 시간이 지나면 CLOSED된다. ACK를 받은 서버도 포트를 CLOSED로 닫는다.