[네트워크] TCP와 UDP의 차이 (3 way handshaking)

 

인터넷의 통신 계층을 나타내는 TCP/IP 5계층 모델에서 네트워크 계층까지만 해도 인터넷상의 모든 컴퓨터가 서로 통신할 수 있게 된다.

 

그런데 패킷을 받을 대상이 없거나 불능 상태인 경우, 혹은 중간에 패킷이 소실되거나 순서대로 오지 않는다면 통신이 원활하게 이루어질 수 없다. 그리고 무사히 목적지 컴퓨터에 도착하더라도 같은 IP 주소를 사용하는 서버에서 통신하는 애플리케이션이 둘 이상이라면 어떤 프로세스에 데이터가 가야할지 알 수 없다. 

 

TCP/IP의 전송 계층에서 TCP/UDP 프로토콜을 통해 이러한 네트워크 계층의 한계를 극복할 수 있다.

TCP 프로토콜은 데이터의 도착 보증 및 순서 보장으로 신뢰성을 제공한다. 또한 TCP/UDP 패킷에 출발지, 목적지 PORT 번호를 포함하여 최종 도착지 프로세스에 도달할 수 있게 해준다. 

 

 

🔽 OSI 7계층과 TCP/IP 5계층

[네트워크] OSI 7 계층과 TCP/IP 5 계층

 

TCP (Transmission Control Protocol)

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전송 제어 프로토콜로 연결형, 신뢰성의 특징을 갖는다. 

TCP로 전송하는 패킷을 segment라고 한다. 

 

1. 연결형

연결지향적 서비스 제공을 위해 TCP의 통신은 Connection Setup → Data Transfer → Connection Termination 이렇게 3 단계로 나뉜다. 

 

1) Connection Setup (TCP 연결 초기화)

데이터 전송 전 두 호스트의 전송 계층 사이에 논리적 연결을 설립한다. (물리적으로 연결된 것이 아닌 논리적으로만 연결된 가상 연결이다)

이 과정을 3 way handshaking이라고 한다. 

3-way handshaking

• SYN : 접속 요청
• ACK : 요청 수락
• 3 단계에서 ACK과 함께 데이터 전송이 가능하다. 

 

2) Data Transfer (데이터 전송)

 

3) Connection Termination (TCP 연결 종료)

3 way handshaking으로 TCP 연결을 초기화했다면 TCP 연결의 종료는 4 way hand shaking을 통해 이루어진다. 그 이유는 양방향으로 2개의 연결이 독립적으로 닫히기 때문이다.

4-way handshaking

1. 클라이언트 프로세스에서 close를 하면 서버로 FIN 세그먼트를 보낸다.
2. 서버는 FIN에 대한 응답으로 ACK을 보낸다. 이때 서버내 프로세스에게 EOF를 보내지만, 아직 close 되지 않을 수 있다.
3. 서버 프로세스로부터 close를 받으면 클라이언트로 FIN 세그먼트를 보낸다.
4. 클라이언트는 FIN에 대한 응답으로 ACK을 보내고 서버가 ACK을 받으면 TCP 연결이 종료된다. 

 

2. 신뢰성 - 데이터 전달 보증, 순서 보장

신뢰성있는 서비스 제공을 위해 TCP가 데이터 전달과 순서를 보장한다.

이를 가능하게 하는 방법은 오류제어, 흐름제어, 혼잡제어 등이 있다. 이는 TCP 헤더의 checksum, 확인 응답, 타임-아웃 등을 통해 수행된다.

 

 

이러한 기능으로 인해 TCP 프로토콜은 신뢰할 수 있는 프로토콜이라 불리고, 대부분의 애플리케이션에서 TCP를 사용한다.

그러나 이러한 신뢰성을 보장하기 위해 header가 더 크고 속도가 비교적 느리다는 단점이 있다. 

 

 

 

UDP (User Datagram Protocol)

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사용자 데이터 프로토콜로 비연결형, 비신뢰성의 특징을 갖는다. 

 

데이터 전송과 순서를 보장하지 않아 단순하고, 빠른 프로토콜이다. 

그래서 하위 계층의 IP 프로토콜과 거의 유사하고, PORT 번호와 checksum 정도만 추가됐다고 생각하면 된다. (애플리케이션에서 추가 작업이 필요하다)

 

이러한 단순성으로 적은 양의 오버헤드를 갖기 때문에 작은 메세지를 보내거나 신뢰성을 크게 고려하지 않아도 되는 실시간성이 더 중요한 상황에서 주로 사용한다. 최근에는 HTTP/3.0 버전이 UDP 기반으로 출시되면서 UDP의 사용이 늘고 있다고 한다.(HTTP/1.1과 2.0버전은 TCP 기반이다)

 

UDP로 전송하는 패킷을 datagram이라고 한다. 

 

 

 

 

✔️ TCP는 신뢰성이 중요한 통신(HTTP, File 전송 등)에 쓰이고, UDP는 실시간성이 중요한 통신(동영상 스트리밍 등)과 최적화를 할 경우에 사용한다. 

 

 

 

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📖 참고

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