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TCP와 UDP 들어가기에 앞서
TCP와 UDP는 OSI 7 계층 중 TCP/IP의 전송 계층에서 사용되는 프로토콜로, 전송 계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스를 제공하는 계층입니다. 이 계층은 데이터의 전달을 담당하며, 전달되는 패킷의 오류를 검사하고 재전송 요구 등의 제어를 담당합니다.
TCP (Transmission Control Protocol)
연결 지향적인 프로토콜
TCP은 연결 지향적인 프로토콜로, 클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 안정적으로 데이터를 주고받는 프로토콜입니다. 이는 장치들 간에 논리적인 접속을 성립하여 연결을 설정하고, 이를 통해 신뢰성을 보장하는 연결형 서비스를 제공합니다. TCP는 네트워크에 연결된 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간에 일련의 옥텟(데이터, 메시지, 세그먼트)을 안정적으로, 순서대로, 에러 없이 교환할 수 있도록 지원합니다. 이로써 데이터 전송의 신뢰성과 순서를 유지하여 효과적인 통신을 가능케 합니다.
TCP 특징
- 가상 회선 방식 제공과 3-way handshaking 및 4-way handshaking
TCP는 연결형 서비스로써 가상 회선 방식을 제공합니다. 이는 발신지와 수신지를 연결하여 데이터를 전송하기 위한 논리적인 경로를 배정하는 것을 의미합니다. 또한, 연결을 설정하는 과정인 3-way handshaking과 연결 해제를 위한 4-way handshaking을 통해 효율적인 통신을 구축합니다.
- 흐름 제어(Flow control)
TCP는 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하는 흐름 제어 기능을 제공합니다. 이는 데이터의 원활한 전송을 위해 수신자의 상태를 고려하여 전송 속도를 조절함으로써 안정성을 유지합니다.
- 혼잡 제어(Congestion control)
TCP는 혼잡을 방지하기 위한 혼잡 제어 기능을 제공합니다. 네트워크 내의 패킷 수가 과도하게 늘어나는 것을 방지하여 전송의 안정성을 유지합니다.
- 높은 신뢰성 보장
TCP는 높은 신뢰성을 보장하며, 이는 데이터의 신뢰성이 UDP보다 우선되기 때문에 속도가 상대적으로 느립니다. 주로 파일 전송과 같이 데이터의 정확성이 중요한 경우에 사용됩니다.
- 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식
TCP는 전이중(Full-Duplex) 방식으로 양방향으로 동시에 데이터 전송이 가능하며, 점대점(Point to Point) 방식으로 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있습니다.
TCP의 연결 과정 (3-way handshake)
- Client -> Server: 내 말 들려?
- 클라이언트가 서버에게 SYN(동기화 시퀀스 번호)를 보냄.
- Server -> Client: 어 잘 들려! 내 말은 들려?
- 서버가 SYN-ACK를 보내고, 동시에 자신의 초기 시퀀스 번호를 포함하여 클라이언트의 SYN을 확인.
- Client -> Server: 잘 들려!
- 클라이언트가 ACK를 보내고, 서버의 SYN-ACK를 확인하여 연결을 수립.
이로써 3-way handshake가 완료되고, 연결이 수립됩니다.
TCP의 연결 해제 과정 (4-way handshake)
- Client -> Server: 나는 다 보냈어! 이제 끊자!
- 클라이언트가 서버에게 FIN(연결 종료)을 보냄.
- Server -> Client: 알겠어! 잠시만~
- 서버가 ACK를 보내고, 해당 포트에 연결된 애플리케이션에게 close를 요청.
- Server -> Client: 나도 끊을게!
- 서버 애플리케이션이 종료 프로세스를 진행하고 FIN을 클라이언트에게 보냄.
- Client -> Server: 알겠어!
- 클라이언트가 ACK를 보내고, TIME-WAIT 상태로 전이.
- TIME-WAIT: 소켓이 먼저 연결을 끊는 쪽에서 생성되며, 잠재적인 패킷 손실에 대비하기 위한 상태. 일정 시간이 지나면 CLOSED로 전이.
이로써 4-way handshake가 완료되고, 연결이 안전하게 해제됩니다.
TCP 상태 설명
상태 | 설명 |
CLOSED | 연결 수립 전의 상태 (연결 없음) |
LISTEN | 포트가 열려 있어 연결 요청을 기다리는 상태 |
SYN-SENT | SYN을 요청한 상태 |
SYN-RECEIVED | SYN 요청을 받고 응답 ACK를 기다리는 상태 |
ESTABLISHED | 연결 수립이 완료된 상태, 데이터 교환 가능 |
FIN-WAIT-1 | 자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 기다리거나, 상대방의 FIN을 기다리는 상태 |
FIN-WAIT-2 | 자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 받았고, 상대방의 FIN을 기다리는 상태 |
CLOSE-WAIT | 상대방의 FIN을 받은 상태, 상대방 FIN에 대한 ACK를 보내고 어플리케이션에 종료를 알림 |
LAST-ACK | CLOSE-WAIT 처리 후 자신의 FIN을 보내고 FIN에 대한 ACK를 기다리는 상태 |
TIME-WAIT | 모든 FIN에 대한 ACK를 받고 연결 종료가 완료된 상태. 일정 시간 경과 후 CLOSED로 전이 |
UDP(User Datagram Protocol)
비연결형 프로토콜
UDP(User Datagram Protocol)는 비연결형 프로토콜로, 연결을 위한 논리적인 경로가 없어 각각의 패킷이 독립적으로 전송되는 특징을 가지고 있습니다.
UDP의 특징
- 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공
연결 설정 및 해제 과정이 없고, 각각의 패킷이 서로 다른 경로로 독립적으로 전송됩니다.
- 데이터 수신 여부를 확인하지 않음
TCP의 3-way handshaking과 같은 연결 설정 과정이 없기 때문에 데이터 수신 여부를 확인하지 않습니다.
- 신뢰성이 낮음
흐름 제어(flow control)가 없어 데이터 전송의 정확성과 오류 여부를 확인할 수 없습니다.
- TCP보다 속도가 빠름
연속적인 전송이 필요하지 않고, 신뢰성이 낮기 때문에 TCP보다 더 빠른 속도를 제공합니다.
- 1:1 & 1:N & N:N 통신이 가능
다수의 클라이언트와 1:N 또는 N:N 형태의 통신이 가능하며, 특정한 연결이 없이 독립적으로 통신합니다.
UDP는 연속성 있는 전송이 필요하고, 데이터의 순서가 중요하지 않은 실시간 서비스(streaming)와 같은 상황에서 주로 사용됩니다. 그러나 데이터의 정확성이나 손실 여부에 대한 보장이 필요한 경우에는 TCP를 사용하는 것이 적절합니다.
TCP VS UDP
TCP/UDP 공통점
공통점 | TCP | UDP |
인터넷 프로토콜 스위트 | 일부로 포함됨 | 일부로 포함됨 |
전송 계층 사용 | 사용 | 사용 |
포트 번호 사용 | 사용 | 사용 |
IP 프로토콜 위에서 동작 | 동작 | 동작 |
데이터 전송 | 패킷 단위로 전송 | 패킷 단위로 전송 |
인터넷에서 널리 사용 | 널리 사용 | 널리 사용 |
TCP/UDP 차이점
특징 | TCP | UDP |
연결 방식 | 연결형 서비스 | 비연결형 서비스 |
패킷 교환 방식 | 가상 회선 방식 | 데이터그램 방식 |
전송 순서 | 전송 순서 보장 | 전송 순서가 바뀔 수 있음 |
수신 여부 확인 | 수신 여부를 확인함 | 수신 여부를 확인하지 않음 |
통신 방식 | 1:1 통신 | 1:1, 1:N, N:N 통신 |
신뢰성 | 높음 | 낮음 |
속도 | 느림 | 빠름 |
글을 마치며
TCP와 UDP은 네트워크 통신에서 주로 사용되는 두 가지 프로토콜로, 각각의 특성이 다릅니다.
TCP는 연결 지향적인 프로토콜로, 클라이언트와 서버 간의 안정적인 통신을 위해 연결을 설정합니다. 이를 위해 3-way Handshaking을 통해 양측 간의 논리적인 연결을 수립하며, 데이터의 신뢰성을 중시합니다. 데이터의 순서, 손실, 중복 등을 효과적으로 관리하여 안정적인 전송을 지원하며, 흐름 제어를 통해 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하고 혼잡 제어를 통해 네트워크 혼잡을 막습니다. 따라서, 높은 신뢰성이 필요한 응용 프로그램에서 주로 사용됩니다.
UDP는 비연결 지향적인 프로토콜로, 연결 설정이나 해제과정이 없어 데이터 전송이 빠르게 이루어집니다. 그러나 데이터의 신뢰성은 보장하지 않으며, 일부 손실이나 순서 변경이 발생할 수 있습니다. 이러한 특성으로 주로 실시간 응용 프로그램에서 사용되며, 전송 지연 시간이 적어야 하는 상황에서 적합합니다.
3-way Handshaking은 TCP 연결 설정의 핵심 프로세스로, 클라이언트가 서버에게 연결을 요청하고, 서버가 수락 응답을 보내며, 클라이언트가 이를 수락하여 양측 간의 논리적인 연결을 설정합니다. 이로써 안정적이고 순서대로의 데이터 전송이 가능해집니다. 클라이언트가 SYN(연결 요청)를 보내고, 서버는 SYN-ACK(연결 수락 및 응답)로 응답하며, 클라이언트는 ACK(수락 응답)를 보내어 연결이 완료됩니다.