TCP와 UDP의 차이점

이원석·2022년 3월 29일

Network

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OSI 7 계층이란?

OSI 7 계층은 네트워크에서 통신이 일어나는 과정을 7단계로 나눈 것을 말한다. 이러한 계층을 나눈 이유는 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있기 때문입니다.

7계층 중에서 네트워크 계층이라고 하는 4계층, 즉 네트워크 계층들 중 송수신자들간의 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층으로서, 데이터의 전달을 담당하는 전송계층이 있습니다. 이러한 데이터를 송수신하기 위해 사용하는 프로토콜입니다. 이러한 프로토콜로 바로 TCP와 UDP가 있습니다.

[프로토콜]

프로토콜은 컴퓨터 내에서, 또는 컴퓨터 사이에 데이터 교환 방식을 정의하는 규칙 체계이다. 기기간의 통신은 교환된는 데이터 형식에 대해 상호 합의를 요구하며 이런 형식을 정의하는 규칙의 집합을 프로토콜 이라고 한다.

1.TCP(Transmission Control Protocol)

TCP는 전송을 제어하는 프로토콜이라는 뜻으로 인터넷상에서 데이터를 메시지의 형태(세그먼트라는 블록 단위) 로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜 입니다.

일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하며, IP가 주소의 역활로써 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리합니다.
TCP는 연결형 서비스 프로토콜로 인터넷 환경에서 기본으로 상용합니다.

[TCP의 특징]

연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다.
3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정하고, 4-way handshaking을 통해 연결을 해제한다.

흐름제어 및 혼잡제어를 제공한다.
1. 흐름 제어
- 데이터를 송신하는곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버 플로우를 방지하는 것 (송신하는 곳에서 감당이 안되게 많은 데이터를 빠르게 보내 수신하는 곳에서 문제가 일어나는것을 제어한다.
2. 혼잡 제어
- 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지하는것이다. 정보의 소통량이 과하다면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상을 방지한다.

UDP보다 높은 신뢰성을 보장하는 만큼 속도가 느리다. 따라서 연속성보다는 신뢰성이 있는 전송이 중요할 때 사용된다.

전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식이다.
1. 전이중
- 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있다.
2. 점대점
- 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있다.

TCP가 가상 회선 방식을 제공한다는 것은 발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 말입니다. 3-way handshaking 과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 정보의 전송을 보장하기 위해 세션을 수립하는 과정을 의미합니다.

TCP는 연결형 서비스로 신뢰성을 보장하기 때문에 3-way handshaking, 4-way handshaking과 같은 과정을 사용하며 데이터의 흐름제어나 혼잡제어 같은 기능을 사용합니다.

하지만 이러한 기능때문에 UDP보다 속도가 느립니다. 따라서 TCP는 파일 전송과 같은 연속성보다 신뢰성이 중요한 전송이 요구될 때 사용하는 프로토콜입니다.

[TCP 서버의 특징]

서버소켓이 연결만을 담당한다.

연결 과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 다시 데이터의 송수신에 사용된다.

서버와 클라이언트가 1:1로 연결된다.

스트림 전송으로 전송 데이터의 크기가 무제한이다.

패킷에 대한 응답을 해야하기 때문에(시간지연, CPU 소모) 성능이 낮다.

실시간 스트리밍 서비스에 불리하다. (패킷이 손실된 경우 재전송 요청을 하기때문에)

패킷이란..

패킷은 인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 경로배정(라우팅)을 효율적으로 하기 위해 데이터를 여러개의 조각들로 나누어 전송을 하는데, 이러한 조각들을 패킷이라고 합니다.

TCP의 패킷 추적

A,B,C 라는 패킷을 송신지에서 목적지까지 전달하는 과정이 있습니다. 만약 A라는 패킷이 잘못된 경로를 들어 목적지 까지 전달되지 못하고 분실이 되었다고 했을때, 목적지에서는 도착한 B,C 패킷만 보고 모든 패킷이 도착했다고 착각할 수 있습니다. 따라서 A,B,C 라는 패킷에 1,2,3 이라는 번호를 부여하여 패킷의 분실 확인과 같은 처리를 하여 목적지에서 재조립을 합니다.

ex) 2,3 번 패킷만 도착했을 경우 패킷 재조합시 123이 아닌 23이 되면서 분실의 여부를 확인할 수 있다.

2.UDP(User Datagram Protocol)

UDP는 데이터그램 프로토콜이라는 뜻으로 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜 이라는 뜻입니다.
여기서 데이터그램이란 독립적인 관계를 지니는 패킷이라는 뜻으로, UDP는 비연결형 프로토콜입니다. 즉, 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없습니다. (TCP에서의 3-way handshaking)

그렇기 때문에 각각의 패킷은 서로 다른 경로로 전송되고, 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 되는데 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하게 됩니다.

[UDP의 특징]

비연결성 서비스로 데이터그램 방식을 제공한다.
연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없다. 따라서 각각의 패킷이 다른 경로로 전송되고, 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 된다. 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리한다.

정보를 주고 받을 때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않는다.

UDP헤더의 CheckSum 필드를 통해 최소한의 오류만 검출한다.

TCP보다 속도가 빠르나 신뢰성이 낮으며 연속성이 중요한 서비스, 예를 들면 실시간 서비스 (Streaming)에 사용된다.

UDP/TCP는 각각 별도의 포트 주소 공간을 관리하므로 같은 포트번호를 사용해도 무방하다. 즉 두 프로토콜에서 동일한 포트 번호를 할당해도 서로 다른 포트로 간주한다.

UDP는 비연결형 서비스이기 때문에, 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않습니다. 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하며, 패킷에 순서를 부여하여 재조립하거나 흐름제어, 혼잡제어와 같은 기능도 처리하지 않기 때문에 TCP보다 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하지 못합니다.

따라서 실시간 서비스(Streaming)과 같은 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스 에 자주 사용됩니다.

[UDP 서버의 특징]

UDP에는 연결 자체가 없어서(connect 함수가 불필요) 서버 소켓과 클라이언트 소켓의 구분이 없다.

소켓 대신 IP를 기반하여 데이터를 전송한다.

서버와 클라이언트는 1:1, 1:N, N:M 으로 연결될 수 있다.

데이터그램(메시지) 단위로 전송되며 그 크기는 65535 바이트로, 크기가 초과하면 잘라서 보낸다.

흐름제어가 없기때문에 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.

파일전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스 보다 실시간 스트리밍처럼 성능이 중요시 되는 경우에 사용된다.