프로그래밍 기초 공부

TCP, UDP란?

alclssha 2022. 11. 6. 11:50

29번째로 포스팅하게 된 내용은 TCP와 UDP에 대한 내용입니다.

 

 

[ TCP ]

  • TCP는 Trasmission Control Protocol의 약자
  • 연결 지향적 프로토콜
  • 클라이언트가 연결 요청을 하고, 서버가 연결을 수락하면 통신 선로가 고정되고, 모든 데이터는 고정된 통신 선로를 통해서 순차적으로 전달
  •  TCP 프로토콜은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 위해 확인작업을 거치는데 TCP는 패킷을 성공적으로 전송하면 ACK 라는 신호를 날리고 만약에 ACK 신호가 제 시간에 도착하지 않으면 Timeout이 발생하여 패킷 손실이 발생한 패킷을 다시 전송해줌
  • 주로 lient와 Server 또는 P2P Socket 통신 등, 네트워크를 사용한 통신을 할 때 TCP 통신을 많이 사용

 

 

[ TCP특징 ]

  1. 연결형 서비스로 연결이 성공해야 통신이 가능
  2. 데이터의 경계를 구분하지 않음
  3. 데이터의 전송 순서를 보장 (데이터의 순서 유지를 위해 각 바이트마다 번호를 부여)
  4. 신뢰성있는 데이터를 전송 (Sequence Number, Ack Number를 통한 신뢰성 보장)
  5. 데이터 흐름 제어(수신자 버퍼 오버플로우 방지) 및 혼잡 제어(패킷 수가 과도하게 증가하는 현상 방지)
  6. 연결의 설정(3-way handshaking)과 해제(4-way handshaking)
  7. 전이중, 점대점 서비스
  8. UDP보다 전송속도가 느림

 

 

[ 3-way-handshake ]

  • TCP 통신을 위한 네트워크 연결은 3 way handshake 이라는 방식으로 연결됨
  • 서로의 통신을 위한 관문(port)을 확인하고 연결하기 위하여 3번의 요청/응답 후에 연결이 되는 것을 말함
    • 이 과정에서 가장 많은 시간이 소요되어 UDP방식보다 속도가 느려지는 주요 원인으로 지목

 

 

[ TCP연결 과정 ]

  1. Client에서 Server에 연결 요청을 하기위해 SYN 데이터를 보냄
  2. Server에서 해당 포트는 LISTEN 상태에서 SYN 데이터를 받고 SYN_RCV로 상태가 변경
  3. 그리고 요청을 정상적으로 받았다는 대답(ACK)와 Client도 포트를 열어달라는 SYN 을 같이 보냄
  4. Client에서는 SYN+ACK 를 받고 ESTABLISHED로 상태를 변경하고 서버에 ACK 를 전송
  5. ACK를 받은 서버는 상태가 ESTABLSHED로 변경

 

 

[ TCP 상태 ]

  • LISTEN : 서버의 데몬이 떠서 접속 요청을 기다리는 상태
  • SYN-SENT : 로컬의 클라이언트 어플리케이션이 원격 호스트에 연결을 요청한 상태
  • SYN_RECEIVED : 서버가 원격 클라이언트로부터 접속 요구를 받아 클라이언트에게 응답을 하였지만 아직 클라이언트에게 확인 메시지는 받지 않은 상태
  • ESTABLISHED : 3 way-handshaking 이 완료된 후 서로 연결된 상태
  • FIN-WAIT1, CLOSE-WAIT, FIN-WAIT2 : 서버에서 연결을 종료하기 위해 클라이언트에게 종결을 요청하고 회신을 받아 종료하는 과정의 상태
  • TIME-WAIT : 연결은 종료되었지만 분실되었을지 모를 느린 세그먼트를 위해 당분간 소켓을 열어두고 있는 상태
  • CLOSING : 흔하지 않지만 주로 확인 메시지가 전송도중 분실된 상태 
  • CLOSED : 완전히 종료

 

 

[ TCP단점 ]

  • 데이터로 보내기 전에 반드시 연결이 형성되어야 함
  • 1 : 1 통신만 가능함
  • 고정된 통신 선로가 최단선이 아닐경우 상대적으로 UDP보다 데이터 전송속도가 느림

 

 

[ TCP 헤더정보 ]

필드 크기 내용
송수신자의 포트 번호 16 TCP로 연결되는 가상 회선 양단의 송수신 프로세스에 할당되는 포트 주소
시퀀스 번호
(Sequence Number)		 32 송신자가 지정하는 순서 번호, 전송되는 바이트 수를 기준으로 증가
SYN = 1 : 초기 시퀀스 번호가 된다. ACK 번호는 이 값에 1을 더한값
SYN = 0 : 현재 세션의 이 세그먼트 데이터의 최초 바이트 값의 누적 시퀀스 번호
응답 번호
(ACK Number)		 32 수신 프로세스가 제대로 수신한 바이트 수를 응답하기 위해 사용
데이터 오프셋
(Data Offset)		 4 TCP 세그먼트의 시작 위치를 기준으로 데이터의 시작 위치를 표현(TCP 헤더의 크기)
예약 필드(Reserved) 6 사용을 하지 않지만 나중을 위한 예약 필드이며 0으로 채워져야함
제어 비트(Flag Bit) 6 SYN, ACK, FIN 등의 제어 번호
윈도우 크기(Window) 16 수신 윈도우의 버퍼 크기를 지정할 때 사용, 0이면 송신 프로세스의 전송 중지
체크섬(Checksum) 16 TCP 세그먼트에 포함되는 프로토콜 헤더와 데이터에 대한 오류 검출 용도
긴급 위치(Urgent Pointer) 16 긴급 데이터를 처리하기 위함, URG 플래그 비트가 지정된 경우에만 유효

 

 

[ TCP 제어비트정보 ]

종류 내용
ACK 응답 번호 필드가 유효한지 설정할때 사용하며 상대방으로부터 패킷을 받았다는 걸 알려주는 패킷
클라이언트가 보낸 최초의 SYN 패킷 이후에 전송되는 모든 패킷은 이 플래그가 설정되어야 함
SYN 연결 설정 요구. 동기화 시퀀스 번호
양쪽이 보낸 최초의 패킷에만 이 플래그가 설정되어 있어야 함
TCP 에서 세션을 성립할 때  가장먼저 보내는 패킷, 시퀀스 번호를 임의적으로 설정하여 세션을 연결하는 데에 사용되며 초기에 시퀀스 번호를 보내게 됨
PSH 수신 애플리케이션에 버퍼링된 데이터를 상위 계층에 즉시 전달할 때 사용
RST 연결의 리셋이나 유효하지 않은 세그먼트에 대한 응답용으로 사용
URG 긴급 위치를 필드가 유효한지 설정 
FIN 세션 연결을 종료시킬 때 사용되며 더 이상 전송할 데이터가 없을 때 연결 종료 의사 표시

 

 

 

[ UDP ]

  • User Datagram Protocol의 약자
  • 전송계층의 비연결 지향적 프로토콜
  • 비연결 지향적이란 데이터를 주고받을 때 연결 절차를 거치지 않고 발신자가 일방적으로 데이터를 발신하는 방식을 의미
  • 연결 과정이 없기 때문에 TCP보다는 빠른 전송을 할 수 있지만 데이터 전달의 신뢰성은 떨어짐
  • UDP는 발신자가 데이터 패킷을 순차적으로 보내더라도 이 패킷들은 서로 다른 통신 선로를 통해 전달 될 수 있음
  • 먼저 보낸 패킷이 느린 선로를 통해 전송될 경우 나중에 보낸 패킷보다 늦게 도착할 수 있음
  • 최악의 경우 잘못된 선로로 전송되어 유실될 수도 있음

 

 

[ UDP 특징 ]

  1. 비연결형 서비스로 연결 없이 통신이 가능하며 데이터그램 방식을 제공
  2. 데이터 경계를 구분
  3. 정보를 주고 받을때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않음
  4. 신뢰성 없는 데이터를 전송
  5. 패킷관리가 필요
  6. 패킷 오버헤드가 적어 네트워크 부하가 감소되는 장점
  7. 상대적으로 TCP보다 전송속도가 빠름

 

 

 

[ UDP의 헤더정보 ]

필드 크기 내용
송신자의 포트 번호 16 데이터를 보내는 어플리케이션의 포트 번호
수신자의 포트 번호 16 데이터를 받을 어플리케이션의 포트 번호
데이터의 길이 16 UDP 헤더와 데이터의 총 길이
체크섬 16 데이터 오류 검사에 사용

 

 

[ UDP 단점 ]

  • 데이터의 신뢰성이 없다.
  • 의미있는 서버를 구축하기위해서는 일일이 패킷을 관리해주어야 한다.