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TCP와 UDP

written by sohyeon, hyemin 💡

1. TCP(Transmission Control Protocol)

TCP란?

TCP(Transmission Control Protocol)는 인터넷 상에서 데이터를 메시지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜이다.

• TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리한다.

TCP의 특징

• TCP는 신뢰성있는 데이터 전송을 지원하는 연결지향형 프로토콜이다.
• 데이터 전송에 신뢰성을 더하기 위해 데이터를 세그먼트(segment)라는 단위로 분할하고, 전송 속도를 조정하며, 데이터가 제대로 전달되지 않았을 경우 재전송을 하게 된다.
• 흐름 제어와 혼잡 제어를 지원하며 데이터의 순서를 보장한다.
• TCP는 UDP에 비해 속도가 느리다.
• TCP는 가상 회선 방식을 제공한다.
  • 송신 측과 수신 측을 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다.
• 한 메시지가 여러 개의 패킷으로 나누어진 경우 각 패킷들은 서로 다른 경로를 통해 전달될 수 있으며, 그것들은 최종 목적지에서 재조립된다.
• 웹이나 이메일, FTP와 같이 정확한 데이터 전달이 필요한 통신에 사용한다.

TCP 헤더의 구조

TCP의 세그먼트는 데이터 본체에 TCP 헤더가 붙은 형태로 구성된다.

• 일련번호(sequence number) : 송신한 바이트 수
• 확인 응답 번호(acknowledgement number) : 수신한 바이트 수
• 데이터 옵셋(data offset) : TCP 헤더의 길이
• 윈도우 사이즈(windows size) : 한 번에 수신할 수 있는 데이터 크기
• 체크섬(checksum) : 데이터가 훼손되었는지 확인하기 위한 정보

흐름 제어와 혼잡 제어

• 흐름 제어(flow control)
  • 흐름 제어는 송신 측(호스트)과 수신 측(호스트)의 데이터 처리 속도 차이를 조절하기 위한 기법이다.
  • 수신 측은 도착한 패킷들을 버퍼에 쌓아 두는 것과 동시에 이미 버퍼에 쌓인 데이터를 순차적으로 꺼내서 처리하게 된다.
  • 이때 만약 수신 측 컴퓨터의 성능이 낮다면 데이터가 들어오는 속도보다 처리하는 속도가 느려져 문제가 될 수 있다.
  • 그래서 수신 측은 응답을 보낼 때 윈도우 사이즈를 설정하여 현재 어느 정도까지 수신할 수 있는지를 수시로 알려주게 된다.
• 혼잡 제어(congestion control)
  • 혼잡 제어는 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지하기 위한 기법이다.
  • 송신 측의 데이터는 지역망이나 인터넷으로 연결된 대형 네트워크를 통해 전달된다.
  • 만약 하나의 라우터에게 데이터가 몰릴 경우, 라우터는 자신에게 온 데이터를 모두 처리할 수 없다.
  • 그렇게 되면 호스트들은 또 다시 재전송을 하게 되고 결국 혼잡을 가중시켜 오버플로우나 데이터 손실을 발생시킨다.
  • 따라서, 이러한 네트워크의 혼잡을 피하기 위해 송신 측에서 보내는 데이터의 전송 속도를 강제로 줄이게 된다.

2. UDP(User Datagram Protocol)

UDP란?

UDP(User Datagram Protocol)는 데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜이다.

UDP의 특징

• UDP는 TCP와 달리 비연결형 프로토콜이다.
• 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없다.
• 통신 과정에서 데이터의 손실이 발생할 수 있다.
  • VoIP와 같은 음성 서비스나 동영상 스트리밍 서비스는 일부 데이터가 누락되거나 왜곡되더라도 큰 문제가 없기 때문에 UDP를 주로 사용한다.
• UDP는 TCP와는 달리 메시지를 패킷(데이터그램)으로 나누지만 최종 목적지에서 재조립하지 않는다.
• RTP(Real-Time Protocol), Multicast, 멀티미디어, VoIP, DNS에서 사용한다.
  • RTP : 재전송할 경우 데이터가 섞이게 되므로 UDP 사용
  • DNS : TCP처럼 Session을 맺고 통신을 한다면 속도도 느리고, 서버 리소스도 엄청나게 소모되므로 UDP 사용

UDP 헤더 구조

UDP에서는 패킷에 해당하는 것을 데이터그램이라고 부른다.

• 패킷 길이(UDP length) : 헤더 길이와 데이터 길이의 합계
• 체크섬(checksum) : 데이터가 훼손되었는지 확인하기 위한 정보

브로드캐스트 & 멀티캐스트

TCP에는 없는 기능으로 UDP에는 하나의 패킷을 여러 수신지에 전달하는 브로드캐스트(broadcast)와 멀티캐스트(multicast)라는 기능이 있다.

• 브로드캐스트(broadcast)
  • local LAN 상에 붙어있는 모든 네트워크 장비들에게 보내는 통신이다.
  • 통신의 대상이 특정한 한 네트워크가 아니라, 네트워크 안의 모든 장비들에게 통신을 하는 방식이라고 생각하면 된다.
• 멀티캐스트(multicast)
  • 보내고자 하는 정보를 그룹 내의 일정 네트워크 장비들에게만 한번에 보낼 수 있는 통신이다.

3. TCP와 UDP의 차이점

TCP	UDP
연결지향형 프로토콜	비연결지향형 프로토콜
바이트 스트림을 통한 연결	메시지 스트림을 통한 연결
혼잡제어, 흐름제어	혼잡제어, 흐름제어 지원하지 않음
순서 보장, 상대적으로 느림	순서 보장되지 않음, 상대적으로 빠름
신뢰성 있는 데이터 전송, 안정적	데이터 전송을 보장하지 않음
TCP 패킷은 세그먼트	UDP 패킷은 데이터그램
HTTP, 전자우편, 파일 전송에서 사용	DNS, Broadcasting

Reference & Additional Resources

TCP/IP 쉽게, 더 쉽게
[네트워크 쉽게 이해하기 22편] TCP 3 Way-Handshake & 4 Way-Handshake
TCP와 UDP 그리고 TCP/IP