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TCP와 UDP

• 목차
  • UDP
  • TCP
  • 3-way handshake
  • 4-way handshake

TCP와 UDP 차이점 한 눈에 보기

UDP

• 비연결형 프로토콜
  • 비연결형 프로토콜이 무엇이냐?? -> 즉, 일방적으로 데이터를 전달하기만 함
  • 그래서 TCP보다 속도가 빠름.
• UDP는 흐름제어, 오류제어 또는 손상된 세그먼트의 수신에 대해 재전송을 하지 않습니다.
  • 이 모두가 사용자 프로세스의 몫이다.
  • 이게 무슨 말이냐????
    • 즉, 파일이 전달되는 과정에서 손상이 되거나 전달이 제대로 이루어지지 않아도 UDP는 책임지지 않아요.
    • 만약 요청/응답이 손실된다면, Client는 타임 아웃⏱ 되고 다시 시도할 수 있으면 됩니다.
• 코드가 간단할 뿐만 아니라 TCP처럼 초기설정에서 요구되는 프로토콜보다 적은 메시지📩 가 요구됩니다.
• UDP를 사용한 예를 하나 들자면, DNS가 있습니다.
  • DNS는 상황에 따라 UDP와 TCP를 사용하는데, 간단한 질의 및 응답에는 UDP를 사용합니다.
  • 어떤 호스트 네임의 IP주소를 찾아야하는 프로그램은 DNS 서버로 호스트 네임을 포함한 UDP 패킷을 보냅니다. 그러면, 이 서버는 호스트의 IP주소를 포함한 UDP 패킷으로 응답합니다.
  • 사전에 설정이 필요하지 않으며 그 후에 해제가 필요하지 않습니다.
    • 이게 무슨 말일까??? DNS 서버는 뭐지??
      • DNS : Domain Name Service
      • 도메인에 연결된 서버 IP를 찾아주는 역할

TCP

• Transmission Control Protocol
• 대부분 인터넷 응용 분야들은 신뢰성과 순차적인 전달을 필요로 하지만, UDP로는 만족시킬 수 없어 탄생한 프로토콜이 TCP입니다.
  • 신뢰성이 없는 인터넷을 통해 종단 간에 신뢰성 있는 바이트 스트림을 전송하도록 특별 설계되었습니다.
• TCP 서비스는 송신자와 수신자 보두가 소켓이라고 부르는 종단점을 생성함으로써 이루어집니다.
• 모든 TCP 연결은 전이중(full-duplex), 점대점(point to point) 방식입니다.
  • 전이중 : 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있음을 의미
  • 점대점 : 각 연결이 정확히 2 개의 종단점을 가지고 있음을 의미
• TCP는 멀티캐스팅이나 브로드캐스팅을 지원하지 않습니다.

• 특징
  1. Connection oriented
     • 연결지향형
     • 응용 프로그램이 데이터를 교환하기 전에 먼저 응용 프로그램 간 연결을 성립한 후 전송을 시작합니다.
  2. Bidirectional byte stream
     • 양방향 데이터 통신
     • 바이트 스트림 사용
  3. In-order delivery
     • 송신자가 보낸 순서대로 수신자가 데이터를 받습니다.
     • 순서를 표시하기 위해 32-bit 정수 자료형을 사용합니다.
  4. Reliability through ACK
     • 데이터를 송신하고 수신자로부터 ACK를 받지 않으면, 송신자 TCP가 데이터를 재전송합니다.
     • 따라서 송신자 TCP는 수신자로부터 ACK를 받지 않은 데이터를 보관합니다. (buffer unacknowledged data)
  5. Flow control
     • 송신자(TCP)는 수신자가 받을 수 있는 만큼 데이터를 전송합니다.
  6. Congestion control
     • 네트워크 정체를 방지하기 위해 receive window와 별도로 congestion window를 사용합니다.
     • Flow control과 달리 송신자가 단독으로 구현합니다.

• TCP에서 연결 설정(connection establishment)은 3-way handshake를 통해 이루어집니다.
  • 그렇다면 3-way handshake는 뭐고 4-way handshake는 뭐지???? 아래를 볼까요??

3-way handshake

TCP의 3-way handshake는 TCP/IP프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용 프로그램이 데이터를 전송하기 전에 번저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 의미합니다.

• Client -> Server : TCP SYN
• Server -> Client : TCP SYN ACK
• Client -> Server : TCP ACK

SYN : synchronize sequence numbers ACK : acknowledgment

• 역할
  • 양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이터 전달이 시작하기전에 한 쪽에서 다른 쪽이 준비되었다는 것을 알 수 있도록 합니다.
  • 양쪽 모두 상대편에 대한 초기 순차일련변호를 얻을 수 있도록 합니다.

• 과정

[STEP 1]

A(클라이언트)는 B(서버)에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다. 이때 A(클라이언트)는 SYN 을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태가 되는 것이다.

[STEP 2]

B(서버)는 SYN 요청을 받고 A(클라이언트)에게 요청을 수락한다는 ACK 와 SYN flag 가 설정된 패킷을 발송하고, A가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다. 이때, B(서버)는 SYN_RECEIVED 상태가 된다.

[STEP 3]

A(클라이언트)는 B(서버)에게 ACK을 보내고 이후로부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 되는것이다. 이때의 B(서버) 상태가 ESTABLISHED 이다.

• 위와 같은 방식으로 통신하는 것이 신뢰성 있는 연결을 맺어 준다는 TCP의 3 Way handshake 방식이다.

4-way handshake

3-Way handshake는 TCP의 연결을 초기화 할 때 사용한다면, 4-Way handshake는 세션을 종료하기 위해 수행되는 절차입니다.

• 과정

[STEP 1]

클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그를 전송한다.

**[STEP 2] **

서버는 일단 확인메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가 TIME_WAIT 상태다.

[STEP 3]

서버가 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN 플래그를 전송한다.

[STEP 4]

클라이언트는 확인했다는 메시지를 보낸다.

• 그런데 만약 Server에서 FIN을 전송하기 전에 전송한 패킷이 Routing 지연이나 패킷 유실로 인한 재전송 등으로 인해 FIN 패킷보다 늦게 도착하는 상황이 발생한다면 어떻게 될까요?
  • Client에서 세션을 종료시킨 후 뒤늦게 도착하는 패킷이 있다면 이 패킷은 Drop되고 데이터는 유실될 것입니다.
• 이러한 현상에 대비하여 Client는 Server로부터 FIN을 수신하더라도 일정시간(디폴트 240초) 동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 거치게 되는데 이 과정을 TIME_WAIT 라고 합니다.

Reference

• NAVER D2
• TCP/UDP 특징 및 차이점
• 3-way handshake & 4-way handshake