TCP / UDP

 

TCP와 UDP는 OSI 7 계층들 중 4계층에서 사용되는 프로토콜이다.

(Transport 4계층)

TCP(Transmission Control Protocol)

TCP는 연결 지향적 프로토콜이다.

※ 연결 지향적 프로토콜은  클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 데이터를 주고받는 프로토콜을 의미한다.

 
장치들 사이에 신뢰성을 보장하는 연결형 서비스

TCP는 패킷을 안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환할 수 있게 한다.

 
TCP의 특징

1. 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공

3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정하고,
4-way handshaking 과정을 통해 연결을 해제한다.

2. 흐름 제어(Flow control)

데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우(송신이 너무 빨라서 수신자의 버퍼 처리속도를 넘어버려서 생기는 데이터 유실)를 방지

3. 혼잡 제어(Congestion control)

네트워크 내의 패킷 수가 과도하게 증가하지 않도록 방지

4. 높은 신뢰성을 보장

신뢰성이 높은 전송을 하기 때문에 UDP보다 속도가 느림

TCP는 UDP보다 신뢰성은 높지만 속도가 느리다.

그렇기에 TCP는 연속성보다 신뢰성 있는 전송이 중요할 때 사용하는 프로토콜로 예를 들면, 파일 전송과 같은 경우에 사용된다.

 

TCP의 연결 및 연결 해제 과정

 

TCP의 연결 과정 ( 3-way handshake)

 

3-way handshake

#1. Client -> Server 

#2. Server -> Client 

#3. Client -> Server 


SYN(synchronize sequence numbers) - 연결 확인을 보내는 무작위의 숫자 값, 난수
ACK(acknowledgements) - Client 혹은 Server로부터 받은 SYN에 1을 더해 SYN을 잘 받았다는 ACK
 

1. 먼저 Open 한 클라이언트가 SYN을 보내고 SYN_SENT 상태로 대기한다.

2. 서버는 SYN-RECEIVED 상태로 바꾸고 SYN과 응답 ACK를 보낸다.

3. SYN과 응답 ACK를 받은 클라이언트는 ESTABLISHED 상태로 변경하고 서버에게 응답 ACK를 보낸다.

4. 응답 ACK를 받은 서버는 ESTABLISHED 상태로 변경한다.

상태 설명
CLOSED - 연결 수립을 시작하기 전의 기본 상태 (연결 없음)
LISTEN - 포트가 열린 상태로 연결 요청 대기 중
SYN-SENT - SYN을 요청한 상태
SYN-RECEIVED - SYN 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중
ESTABLISHED -  연결 수립이 완료된 상태, 서로 데이터를 교환할 수 있다.
 

TCP의 연결 해제 과정 (4-way handshake)

 
4-way handshake를 간단히 표현하면 다음과 같다.

#1. Client -> Server 

#2. Server -> Client

#3. Server -> Client 

#4. Client -> Server 

 

[STEP 1]

클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다. 이때 A클라이언트는  FIN-WAIT 상태가 된다.

 

[STEP 2] 

B서버는 FIN플래그를 받고, 일단 확인메시지 ACK 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가

B서버의 CLOSE_WAIT상태다.

 

[STEP 3]

연결을 종료할 준비가 되면, 연결해지를 위한 준비가 되었음을 알리기 위해  클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다. 이때 B서버의 상태는 LAST-ACK이다.

 

[STEP 4]

클라이언트는 해지준비가 되었다는 ACK를 확인했다는 메시지를 보낸다.

A클라이언트의 상태가 FIN-WAIT ->TIME-WAIT 으로 변경된다.

TIME-WAIT에서 일정 시간이 지나면 CLOSE 된다. ACK를 받은 서버도 포트를 CLOSED로 닫는다.

※ TIME-WAIT : 먼저 연결을 끊는 쪽에서 생성되는 소켓으로, 혹시 모를 전송 실패에 대비하기 위해 존재하는 소켓이며,

TIME-WAIT이 없다면, 패킷의 손실이 발생하거나 통신자 간 연결 해제가 제대로 되지 않을 수 있다.

상태 설명
ESTABLISHED - 연결 수립이 완료된 상태, 서로 데이터를 교환할 수 있다.
FIN-WAIT-1 - 자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 기다리거나 상대방의 FIN을 기다린다.
FIN-WAIT-2 - 자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 받았고, 상대방의 FIN을 기다린다.
CLOSE-WAIT - 상대방의 FIN(종료 요청)을 받은 상태. 상대방 FIN에 대한 ACK를 보내고 어플리케이션에 종료를 알린다.
LAST-ACK COLSE-WAIT - 상태를 처리 후 자신의 FIN 요청을 보낸 후 FIN에 대한 ACK를 기다리는 상태.
TIME-WAIT - 모든 FIN에 대한 ACK를 받고 연결 종료가 완료된 상태. 새 연결과 겹치지 않도록 일정 시간 기다린 후 CLOSED로 전이 한다.
CLOSED -  연결 수립을 시작하기 전의 기본 상태 (연결 없음)
 

UDP(User Datagram Protocol)
UDP는 비연결형 프로토콜이다.

※ 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없고, 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되며, 독립적인 관계를 지닌다.


UDP의 특징

1. 비연결형 서비스

데이터의 전송 순서가 바뀔 수 있다.

2. 데이터 수신 여부를 확인하지 않는다.

TCP의 3-way handshaking과 같은 과정 X

3. 신뢰성이 낮다.

흐름 제어(flow control)가 없어서 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.

4. TCP보다 속도가 빠르다.

5. 1:1 & 1:N & N:N 통신이 가능하다.


UDP는 신뢰성보다는 연속성 있는 전송이 필요할 때 사용하는 프로토콜로 예를 들면, 실시간 서비스(streaming)에 자주 사용된다.

요약하면,

TCP는 연속성보다 신뢰성 있는 전송이 중요할 때 사용되는 프로토콜이며,

UDP는 TCP보다 빠르고 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만, 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하지는 않는다.

그렇기 때문에 신뢰성보다는 연속성이 중요한 실시간 스트리밍과 같은 서비스에 자주 사용된다.