[네트워크] TCP와 UDP

• TCP와 UDP는 모두 전송계층에서 사용되는 프로토콜 이다.
  💬 전송계층은 송신자와 수신자를 연결을 제공하는 계층이다.
• 데이터 전달을 담당하며, 전달되는 패킷의 오류를 검사하고 재전송 등 제어를 담당한다.

 

TCP

TCP는 연속성보다 신뢰성이 있는 전송이 중요할때 사용하는 프로토콜이다.

• 연결 지향적 프로토콜이다.
  💬 연결 지향적 프로토콜은 클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 데이터를 주고받는 프로토콜이다.
• 높은 신뢰성을 보장한다.
  때문에 UDP보다는 속도가 느리다.
• 데이터를 안정적으로, 순서대로, 에러없이 교환할 수 있도록 한다.
• 3-way-handshaking 과정으로 연결을 설정하고, 4-way-handshaking 과정으로 연결을 해제한다.
  3-way-handshaking과 4-way-handshaking란?
• 흐름을 제어한다.
  데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지한다.
• 혼잡 제어
  네트워크 내 패킷 수가 과도하게 증가하지 않도록 방지한다.
• 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식
  💬 전이중 : 전송이 양방향으로 동시에 일어남
  💬 점대점 : 각 연결이 2개의 종단점을 갖고 있다.

3-way-handshaking & 4-way-handshaking

3-way-handshaking 을 간단히 표현하면 다음과 같다. (TCP의 연결 과정)

1. Client -> Server : 내말들려?

2. Server -> Client : 응 잘들려. 내말은 들려?
3. Client -> Server : 잘들려

3-way-handshake

💬 SYN : 연결 확인을 보내는 무작위 숫자값

💬 ACK : Client 혹은 Server로부터 받은 SYN에 1을 더해 SYN을 잘 받았다라는 응답값

 

위 그림의 순서를 보면

1. 먼저 Open한 Client가 SYN을 보내고 SYN_SEND 상태로 대기한다.

2. Server는 SYN_RECEIVED 상태로 바꾸고, SYN과 ACK를 보낸다.

3. SYN과 ACK를 받은 Client는 상태를 ESTABLISHED로 바꾸고 Server에게 ACK를 보낸다.

4. ACK를 받은 Server도 상태를 ESTABLISHED로 바꾼다

 

4-way-handshaking 을 간단히 표현하면 다음과 같다. (TCP의 연결 해제 과정)

1. Client -> Server : 나는 내 할일 끝났어. 이제 끊자

2. Server -> Client : 웅 잠깐만

3. Server -> Client : 나도 끊을게

4. Client -> Server : 웅 수고했어

4-way-handshake

 

💬 TIME-WAIT : 먼저 연결을 끊는쪽에서 생성되는 소켓으로, 혹시 모를 전송 실패에 대비 하기 위한 소켓이다. 
TIME-WAIT가 없다면 패킷의 손실이 발생하거나 통신자 간 연결 해제가 제대로 되지 않을 수 있다.

💬 FIN : 종료요청

 

위 그림의 순서를 보면

 

1. 먼저 Close를 실행할 Client가 FIN을 보내고 FIN_WAIT_1 상태로 대기한다.

2. Server는 CLOSE_WAIT로 상태를 바꾸고, 응답(ACK)을 전달한다. 동시에 해당 포트에 연결되어 있는 어플리케이션에게 Close를 요청한다.

3. ACK를 받은 Client는 상태를 FIN_WAIT_2로 변경한다.

4. Close 요청을 받은 Server 어플리케이션은 종료 프로세스를 진행하고, FIN을 클라이언트로 보낸 후 LAST_ACK 상태로 바꾼다.

5. FIN을 받은 Client는 ACK를 다시 Server로 전송하고, TIME_WAIT 상태로 바꾼다. TIME_WAIT에서 일정 시간이 지나면 CLOSE 상태가 된다. ACK를 받은 Server도 포트를 CLOSED로 닫는다.

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UDP

UDP는 신뢰성보다는 연속성이 있는 전송이 필요할때 사용하는 프로토콜이다.

• 비연결형 프로토콜이다.
  비연결형 서비스 이기 떄문에 데이터의 전송 순서가 바뀔수 있다.
  💬 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없고, 각 패킷들은 다른 경로로 전송되며, 독립적인 관계를 갖는다.
• 데이터 수신 여부를 확인하지 않는다.
  TCP처럼 3-way-handshaking 과정이 없다.
• 신뢰성이 낮다.
  흐름제어가 없어서 제대로 전송이 되었는지 오류가 없는지 확인할 수 없다.
• TCP 보다 속도가 빠르다.
• 주로 실시간 서비스(스트리밍)에 자주 사용된다

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TCP vs UDP

TCP

UDP

비교하면

• TCP는 연결형 프로토콜, UDP는 비연결형 프로토콜
• TCP는 전송 순서를 보장하지만 UDP는 그렇지 않다
• TCP는 수신 여부를 확인하지만 UDP는 그렇지 않다
• TCP는 1:1로 통신하지만 UDP는 1:1 or 1:N or N:N 방식으로 통신한다.
• TCP는 신뢰성이 높고, UDP는 낮다.
• TCP는 속도가 느리고, UDP는 빠르다.

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요약하면

TCP는 연속성보다 신뢰성이 있는 전송이 중요할때 사용되며, UDP는 TCP 보다 빠르고 네트워크 부하가 작다라는 장점이 있지만 신뢰성을 보장하지는 않는다. 그렇기 때문에 UDP는 실시간 스트리밍과 같은 서비스에 자주 사용된다.