📚 TCP (Transmission Control Protocol): 전송을 제어하는 프로토콜

• 인터넷상에서 데이터를 메세지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜
• 일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리하게 됩니다.
• TCP는 연결형 서비스를 지원하는 프로토콜로 인터넷 환경에서 기본으로 사용합니다.

TCP 특징

• 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공
  • 가상 회선 방식을 제공한다 = 발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다.
• 3-way handshaking과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshaking을 통해 해제한다.
  • 3-way handshaking 과정 = 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는 과정
• 데이터의 흐름 제어 및 혼잡 제어
  ➞ 이러한 기능은 CPU 사용하기 때문에 속도에 영향을 줌
  ➞ So, UDP보다 속도가 느림
• 높은 신뢰성을 보장한다.
• UDP보다 속도가 느리다.
• 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식

📌 TCP는 연속성보다 신뢰성있는 전송이 중요할 때에 사용하는 프로토콜로 예를 들면 파일 전송과 같은 경우에 사용

TCP 서버의 특징

• 서버소켓은 연결만을 담당한다.
• 연결과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 데이터의 송수신에 사용된다.
• 서버와 클라이언트는 1대1로 연결된다.
• 스트림 전송으로 전송 데이터의 크기가 무제한이다.
• 패킷에 대한 응답을 해야하기 때문에(시간 지연, CPU 소모) 성능이 낮다.
• Streaming 서비스에 불리하다.(손실된 경우 재전송 요청을 하므로)

내가 궁금한 것

🤷‍♀️ TCP는 패킷을 어떻게 추적 및 관리하나요?

위에서 데이터는 패킷단위로 나누어 같은 목적지(IP계층)으로 전송된다고 설명하였습니다. 예를 들어 한줄로 서야하는 A,B,C라는 사람(패킷)들이 서울(발신지)에서 출발하여 부산(수신지)으로 간다고 합시다. 그런데 A,B,C가 순차적으로 가는 상황에서 B가 길을 잘못 들어서 분실되었다고 합시다. 하지만 목적지에서는 A,B,C가 모두 필요한지 모르고 A,C만 보고 다 왔다고 착각할 수 있습니다. 그렇기 때문에 A,B,C라는 패킷에 1,2,3이라는 번호를 부여하여 패킷의 분실 확인과 같은 처리를 하여 목적지에서 재조립을 합니다. 이런 방식으로 TCP는 패킷을 추적하며, 나누어 보내진 데이터를 받고 조립을 할 수 있습니다.

🤷‍♀️ 가상 회선 패킷 교환 방식

데이터를 전송하기 전에 논리적 연결이 설정되는데, 이를 가상회선이라고 한다.(연결 지향형) 각 패킷에는 가상회선 식별 번호(VCI)가 포함되고, 모든 패킷을 전송하면 가상회선이 해제되고 패킷들은 전송된 순서대로 도착한다. 데이터 그램은 패킷마다 라우터가 경로를 선택하지만, 가상회선 방식은 경로를 설정할 때 한 번만 수행한다.

🤷‍♀️ 논리적 연결/ 물리적 연결

논리적 연결: IP 또는 MAC address를 통해 통신
물리적 연결: 케이블을 통해 직접적으로 연결되는 통신
논리적 주소: IP, IPX , Apple talk, 변경 가능하고 고유하지 않은 주소
물리적 주소: MAC address, 변경 불가능한 고유한 주소

🤷‍♀️ 서버 소켓/ 클라이언트 소켓

소켓: 프로그램이 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있도록 네트워크 환경에 연결할 수 있게 만들어진 연결부

서버 소켓: 서버 프로그램에서만 사용하는 소켓이다. 클라이언트로부터 연결 요청이 오기를 기다렸다가 연결 요청이 들어오면 클라이언트와 연결을 맺고 다른 소켓을 만드는 일을 한다.

클라이언트 소켓: 클라이언트 소켓 생성, 클라이언트 프로그램에서 클라이언트 소켓은 서버 프로그램으로 연결 요청을 하는 것과 데이터 전송을 한다.

But 두 소켓(Socket)은 동일합니다. 소켓의 역할과 구현 절차 구분을 위해 다르게 부르는 것일 뿐, 전혀 다른 형태의 소켓이 아닙니다. 단지 역할에 따라 처리되는 흐름, 즉, 호출되는 API 함수의 종류와 순서들이 다를 뿐입니다.

🤷‍♀️ 전이중 방식(Full-Duplex) / 점대점 방식(Point to Point)

전이중 방식: 데이터 통신 방식, 두 장치 모두 동시에 수신과 송신 가능한 양뱡향 통신, 예를 들어 전화기

점대점 방식: 네트워크에 있어 물리적으로는 중개 장치를 통과하지 않고 한 지점에서 다른 지점으로 직접 가는 1:1 연결

🤷‍♀️ 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.

🤷‍♀️ 흐름제어(Flow Control)와 혼잡제어(Congestion Control)이란?

흐름제어는 데이터를 송신하는 곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하는 것입니다. 예를 들어 송신하는 곳에서 감당이 안되게 데이터를 빠르게 많이 보내면 수신자에서 문제가 발생하기 때문입니다. 혼잡제어는 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지하는 것입니다. 만약 정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막습니다.

📚 UDP (User Datagram Protocol): 사용자 데이터그램 프로토콜

• 데이터를 데이터그램(독립적인 관계를 지니는 패킷)단위로 처리하는 프로토콜
• 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없는데, 그렇기 때문에 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되고, 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 되는데 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하게 되고, 이러한 프로토콜을 UDP라고 합니다.

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 않습니다. 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 못합니다.

📌 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스 예를 들면 실시간 서비스(streaming)

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(flow control)가 없어서 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.
• 파일 전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스보다 성능이 중요시 되는 경우에 사용된다.

내가 궁금한 것

🤷‍♀️ 데이터그램 패킷 교환 방식

데이터를 전송하기 전에 논리적 연결이 설정되지 않으며 패킷이 독립적으로 전송된다. 이를 데이터그램이라 한다. 패킷을 수신한 라우터는 최적의 경로를 선택하여 패킷을 전송하는데 하나의 메시지에서 분할된 여러 패킷은 서로 다른 경로로 전송될 수 있다.(비연결 지향형) 송신 측에서 전송한 순서와 수신 측에 도착한 순서가 다를 수 있다.

🤷‍♀️ Checksum

IP, UDP, TCP의 헤더 포맷을 보면 checksum을 위한 공간이 존재한다. 이 부분은 패킷의 헤더가 전송되는 도중 데이터가 변조되거나 깨지는 경우를 확인하기 위해 사용된다. 즉, 처음에 데이터를 보내기 전에 미리 헤더를 해싱하여 특정한 길이의 숫자로 서명한다고 생각하면 된다. 이는 단순히 데이터가 중간에 변조되었는가를 확인하는 용도로서 사용된다. 또, 헤더의 체크섬 값은 헤더의 값에 대해 검증하기 위해 사용되지 몸통부분의 데이터에 대해서는 같이 계산되지 않는다. 즉, 헤더가 바뀌었다면 체크섬 값 역시 다시 계산되어야 하며 체크섬이 틀릴 경우 전송되는 도중에 만나게 되는 장비(라우터, 스위치 등등)에서 해당 패킷을 drop 시킨다.

🤷‍♀️ 단점에도 불구하고 UDP 사용하는 이유

데이터의 신속성! 데이터의 처리가 TCP보다 빠르다. (UDP는 비연결을 지향하기 때문에 데이터를 재전송할 필요도 없고, 흐름 제어나 에러 체크도 항상 필요로 하지 않는다. 그로 인하여 전송에 필요한 헤더 사이즈도 줄어들게 되고..결과적으로 송수신 과정이 매우 빨라짐 ) 주로 실시간 방송과 온라인 게임에서 사용된다. 네트워크 환경이 안 좋을 때 끊기는 현상을 생각해 봐라..

📚 TCP와 UDP의 비교

📚 가상 회선 방식과 데이터그램 방식

references
https://mangkyu.tistory.com/15 [MangKyu's Diary]
https://woovictory.github.io/2018/12/28/Network-Packet-Switching-Method/
https://recipes4dev.tistory.com/153

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