TCP & UDP

OSI 7계층의 전송 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층으로, 쉽게 말해 데이터 전달을 담당한다. 이때, 데이터를 보내기 위해 사용되는 프로토콜(상호 간에 정의한 규칙)이 TCP, UDP이다.

TCP (Transmission Control Protocol)

TCP는 인터넷상에서 데이터를 메시지의 형태(패킷 단위)로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜

패킷?

인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 라우팅을 효율적으로 하기 위해서 데이터를 여러개의 조각들로 나누어 전송을 하는데 이 조각을 패킷이라고 한다.

일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데 IP는 데이터의 배달을 처리한다면, TCP는 패킷을 추적 및 관리하게 된다.

어떻게 패킷을 추적할까?

패킷에 번호를 부여하여 패킷의 분실 확인과 같은 처리를 한 뒤 목적지에서 재조립 한다.

특징

• 연결형 서비스(Connection-Oriented)를 지원하는 프로토콜로 2개의 호스트가 통신을 하기 전 연결이 이루어져야 한다. 이때 가상 회선 방식을 사용한다.

  가상 회선 방식?

  발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 말이다.

• 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는데 이때 3-way handshaking 과정을 거친다. 그리고 연결을 끊을 때는 4-way handshaking 과정을 거친다.
• 높은 신뢰성과 순서대로 전송하는 것을 보장한다.

흐름 제어를 통해 송신자의 데이터 양을 조절한다.

혼잡 제어를 통해 네트워크 상황을 판단하여 송신자의 데이터 양을 조절한다.

에러 감지를 통해 잘못 전송되었을 경우 재전송한다.

• 하지만 위와 같은 기능때문에 UDP보다 속도가 느리다.
• 두 호스트 모두 송신자와 수신자가 될 수 있다.
• 바이트 스트림을 사용하여 데이터를 연속적인 바이트로 보고, 세그먼트라는 단위의 패킷으로 쪼개서 보낸다.
• HTTP, FTP, SMTP, TELNET 등에서 사용된다.

즉, TCP는 연속성보다 신뢰성있는 전송이 중요할 때 사용하는 프로토콜이다.

3-way handshaking

TCP가 호스트 간에 연결을 설정하는 방법은 SYN/ACK 패킷을 통해 이루어진다. SYN 패킷은 동기화(SYNchronize)를 의미하는 패킷이며 ACK 패킷은 확인(ACKnowledgement)을 의미하는 패킷이다.

1. LISTEN : 서버는 클라이언트의 연결요청을 기다리고 있다.
2. SYN_SENT : 클라이언트는 능동적으로 서버에게 연결요청을 하자고 시퀀스 번호를 생성하여 SYN 패킷에 담아 보낸다. (능동 개방)
3. SYN_RECEIVED : SYN 패킷을 받은 서버는 자신만의 번호를 생성하여 자신의 SYN 패킷에 담고 클라이언트가 보낸 SYN패킷의 번호에 1을 더한 값을 ACK 패킷에 담아서 클라이언트에게 전송한다.
4. ESTABLISHED : SYN + ACK 패킷을 받은 클라이언트는 ACK 패킷에 담긴 번호가 자신이 보낸 번호의 + 1 인지 확인하고 맞다면 연결되었다고 판단하고 서버에서 보낸 SYN 패킷의 번호에 1을 더한 값을 ACK 패킷에 담아 전송한다.
5. ESTABLISHED : ACK 패킷에 담긴 번호가 자신이 보낸 SYN 패킷에 담긴 번호의 +1 이라면 연결이 되었다고 판단한다. 이때부터 본격적인 통신을 할 수 있게 된다.

4-way handshaking

1. 클라이언트는 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그를 서버에 보낸다.
2. FIN 플래그를 받은 서버는 알았다는 의미로 ACK 패킷을 보낸다.
3. 그리고 데이터를 모두 받을 때 까지 잠시 TIME_OUT이 된다. ( 대기한다. )
4. 데이터 전송이 완료되면 서버는 전송이 끝났다는 것을 알리기 위해 FIN 플래그를 보낸다.
5. 클라이언트는 이를 받고 확인 메시지로 ACK를 보낸다.
6. ACK 패킷을 받은 서버는 TCP 소켓을 close 한다.
7. 클라이언트는 잉여 데이터가 남아있는 것을 생각해 일정 시간 동안 세션을 유지하고 패킷을 기다리는 과정을 거친다. (TIME_OUT)

UDP (User Datagram Protocol )

UDP는 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜이다.

데이터그램?

위에서 라우팅을 효율적으로 하기위해 데이터를 여러개의 조각으로 나눠 보낸다고 했고 이 조각들을 패킷이라고 했다. 데이터 그램은 이 패킷 중 독립적인 관계를 지닌 패킷을 말한다.

특징

• 비연결형으로 연결을 설정하고 해체하는 과정이 없다. ( 논리적인 경로가 없다.)
• 신뢰성이 없고 전송되는 데이터의 순서를 보장하지 않는다. ( 흐름제어, 혼잡제어가 없다. )
• 에러감지는 헤더의 체크섬을 이용한 정도밖에 없다.
• 패킷의 단위가 데이터그램으로 경계가 분명하여 수신자는 송신자가 보낸 데이터를 그대로 받게된다.
• 서버와 클라이언트는 유니캐스트(1:1), 브로드캐스트(1:N), 멀티캐스트(1:M)가 가능하다. (N은 전체, M은 일부, TCP는 1:1만 가능)
• TCP에 비해서 하는 작업들이 굉장히 적기 때문에 속도가 빠르다.
• DNS, 비디오/오디오 스트리밍 등에 사용된다.

결론

Reference

1. https://github.com/baeharam/Must-Know-About-Frontend/blob/master/Notes/network/tcp-udp.md
2. https://mangkyu.tistory.com/15
3. https://asfirstalways.tistory.com/356