[TIL] TCP프로토콜과 UDP프로토콜

TCP와 UDP는 OSI 표준모델과 TCP/IP 모델의 전송 계층에서 사용되는 프로토콜이다. 전송계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하고 IP에 의해 전달되는 패킷의 오류를 검사하며 재전송 요구 제어등을 담당하는 계층이다. 쉽게 말해 데이터의 전달을 담당한다고 생각하면 된다.

TCP와 UDP는 포트 번호를 이용해서 주소를 지정하는 것과 데이터 오류 검사를 위한 체크섬 존재하는 두가지 공통점을 가지고 있지만 정확성(TCP)을 추구할지 신속성을 (UDP)을 추구할지 구분하여 나뉜다.

 

🤔 IP 

IP의 버전은 4,6가 존재한다 (IPv4, IPv6)

• Internet Protocol version 4
  
  • 32bit로 구성 (2^32개 IP주소) : 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 (0부터 255까지 숫자를 기입할 수 있는 네 개의 점으로 이루어져있다)
  • 비트로 표시하면 : 8bit.8bit.8bit.8bit

🤔 TCP 프로토콜

TCP(Transmission Control Protocol)는 연결 지향적 프로토콜이다. 연결 지향 프로토콜이란 클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 데이터를 주고 받는 프로토콜을 의미한다. 클라이언트가 연결 요청(SYN데이터를 전송)을 하고 , 서버가 연결을 수락하면 통신 선로가 고정되고, 모든 데이터는 고정된 통신 선로를 통해서 순차적으로 전달된다. 그렇기에 TCP는 데이터를 정확하고 안정적으로 전달할 수 있다. TCP는 호스트간 신뢰성있는 데이터 전달과 흐름제어를 한다. TCP 프로토콜은 신뢰성있는 데이터의 전송을 위해 확인 작업을 거치는데 TCP는 패킷을 성공적으로 전송하면(ACK)라는 신호를 날리고 만약에 ACK신호가 제 시간에 도착하지 않으면 Timeout이 발생하여 패킷 손싱이 발생한 패킷을 다시 전송한다. TCP는 이렇게 데이터를 송수신할 때 마다 확인 응답을 주고 받는 절차가 있으므로 통신의 신뢰성이 올라간다.

🤔 TCP의 특징

• 연결형(connection-oriented) 서비스로 연결이 성공해야 통신이 가능하다.
• 데이터의 경계를 구분하지 않는다.
• 데이터의 전송 순서를 보장한다. (데이터의 순서 유지를 위해 각 바이트마다 번호를 부여)
• 신뢰성 있는 데이터를 전송한다. (Sequence Number, Ack Number를 통한 신뢰성 보장)
• 데이터 흐름 제어 및 혼잡 제어
• 연결의 설정(3-way handshaking)과 해제(4-way handshaking)
• UDP보다 전송 속도가 느리다

🤔 TCP의 단점

• 데이터로 보내기 전에 반드시 연결이 형성되어야함
• 1:1 통신만 가능
• 데이터 전송 속도가 느림

🤔 3-way handshake 

TCP 통신을 위한 설정 과정. 서로의 관문(port)을 확인하고 연결하기 위해 3번의 요청 / 응답 후에 연결이 되는 것을 말한다.

연결과정

1. Client에서 Server에 연결 요청을 하기 위해 SYN 데이터를 보낸다.
2. Server에서 해당 포트는 LISTEN상태에서 SYN데이터를 받고 SYN_RCV로 상태가 변경된다.
3. 요청을 정상적으로 받았다는 대답(ACK)와 Client도 포트를 열어달라는 SYN을 같이 보낸다.
4. Client에서는 SYN+ACK를 받고 ESTABLSHED로 상태를 변경하고 서버에 ACK를 전송한다
5. ACK를 받은 서버는 상태가  ESTABLSHED로 변경된다

위와 같이 3번의 통신이 정상적으로 이루어지면, 서로의 포트가 ESTABLSHED 되면서 연결된다.

 

💡 SYN_RCV : 서버가 원격 클라이언트로부터 접속 요구를 받아 클라이언트에게 응답을 하였지만 아직 클라이언트에게 확인 메시지는 받지 않은 상태

💡 ESTABLISHED : 3-way handshaking이 완료된 후 서로 연결된 상태

 

🤔 4-way handshake

3-way handshake가 연결하기위한 과정이었다면 4-way handshake는 세션을 종료하기 위해 수행되는 과정이다.

• Client가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다. 전송후 FIN-WAIT-1상태로 변한다.
• FIN 플래그를 받은 Server는 확인 메세지인 ACK를 Client에게 보내준다. 그 후 CLOSE-WAIT상태로 변한다. Client도 마찬가지로 Server에서 종료될 준비가 됐다는 FIN을 받기 위해 FIN-WAIT-2 상태가 된다.
• Close준비가 다 된 후 Server는 Client에게 FIN플래그를 전송한다.
• Client는 해지 준비가 되었다는 정상 응답인 ACK를 Server에게 보내준다. 이때, Client는 TIME_WAIT상태로 변경된다.

🤔 UDP 프로토콜

UDP (User Datagram Protocol)는 전송계층의 비연결 지향적 프로토콜이다. 비연결 지향적이란 데이터를 주고받을 때 연결 절차를 거치지 않고 발신자가 일방적으로 데이터를 발신하는 방식을 의미한다. 연결 과정이 없기 때문에 TCP보다는 빠른 전송을 할 수 있지만 데이터 전달의 신뢰성 떨어진다. UDP는 발신자가 데이터 패킷을 순차적으로 보내더라도 이 패킷들은 서로 다른 통신 선로를 통해 전달 될 수 있다. 먼저 보낸 패킷이 느린 선로로 전송되어 유실될 수도 있다. 이럴 경우 TCP와는 다르게 UDP는 중간에 패킷이 유실이나 변조가 되어도 재전송읗 하지 않는다.

 

🤔 UDP 장점

• 동영상 스트리밍등의 서비스에서 많이 사용된다
  • 데이터 유실이 일부 있어도 문제 없고, 빠른 전송이 필요한 서비스
• TCP와 달리 브로드캐스팅 지원
  • 브로드캐스팅 : 동일 네트워크에 연결된 모든 컴퓨터에 데이터 송신 가능

🤔 UDP의 단점

• 데이터의 신뢰성이 없다.
• 의미있는 서버를 구축하기 위해서는 일일이 패킷을 관리해주어야 한다.

-웨이 악수