[Network] TCP와 UDP

개인적으로 네트워크 공부를 위해 정리한 내용들입니다.

함께 공부하자는 취지로 내용을 공유합니다.

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1. TCP(Transmission Control Protocol) 개념

(1) TCP 정의

• 전송 계층에서 3-Way Handshaking을 통해 연결 지향적 신뢰성 있는 데이터 전송 프로토콜

(2) TCP의 응용계층 제공 서비스

구분	설명
프로세스 대 프로세스 통신	송/수신지의 포트 번호를 통해 프로세스 간 연결을 수립하여 데이터 전송 수행
스트림 배달 서비스	두 프로세스 간 바이트 스트림 형태로 생성/소비되도록 스트림을 전달

(3) TCP의 특징

구분	특징	설명
구성 형태 측면	송신 버퍼와 수신 버퍼	– 송/수신 데이터 전송 속도 차이 보정 – 흐름 및 오류 제어 메커니즘에 활용
	세그먼트 형태로 전송	– IP 계층에서는 패킷 형태로 전송하므로 바이트를 세그먼트 형태로 그룹화
서비스 측면	다중화와 역다중화	– 연결 지향 프로토콜이므로 송/수신지의 해당 프로세스 간 연결 설정
	연결 지향 서비스	– 연결 수립-데이터 전송-연결 종료의 3단계로 가상의 연결 기반 서비스
	신뢰성 있는 서비스	– 데이터가 오류없이 전송되는지 확인 위해 확인/응답 메커니즘 이용

• TCP는 신뢰성 있는 서비스를 위해 연결 지향성 특징을 가지며, 흐름 제어를 수행

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2. TCP의 연결 지향성 특징

(1) TCP 연결 지향성 특징 구성도

TCP 연결 지향성 특징 구성도

(2) TCP 연결 지향성 특징 요소

구분	특징	설명
서비스 특징	논리적 연결	호스트 간 연결 지향 데이터 전송을 위해 논리적 연결 설정 및 해제
	바이트 순서 정렬	IP 계층에서 패킷 순서가 바뀌어 수신되어도 바이트 번호 기반 정렬
절차적 특징	3-Way Handshaking	연결 수립-데이터 전송-연결 해제의 3단계 절차를 통해 신뢰성 확립
	헤더 제어 필드 활용	TCP 헤더의 제어 필드를 활용하여 SYN, ACK, FIN 등의 절차 수행

• TCP 연결 수립 후 데이터 전송 시 송/수신 속도 제어를 위해 윈도우 기반 흐름 제어를 수행

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3. 송수신 속도 제어 위한 네트워크 흐름 제어 기법

(1) 네트워크 흐름제어 기법 사례

네트워크 흐름제어 기법 사례

(2) 네트워크 흐름제어 사례를 통한 기법 설명

No	Client 상황	전송	Server 상황
①	서버로 200bytes 전송	Client SeqNo: 101 Data: 200 bytes	– Data 수신 – rwnd→600 감소
②	송신 버퍼 Size → 600	Server AckNo: 301 rwnd: 600	– 수신 응답 – rwnd→600 조정
③	서버로 300bytes 전송	Client SeqNo: 301 Data: 300 bytes	– 수신, 100byte처리 – rwnd→400 감소
④	송신 버퍼 Size → 400	Server AckNo: 601 rwnd: 400	– 수신 응답 – rwnd→400 조정
⑤	송신 버퍼 Size → 600	Server AckNo: 601 rwnd: 600	– 응답, 200byte처리 – rwnd→600 조정

• TCP 흐름 제어는 속도 차이를 극복할 수 있으나, 적은 데이터 전송 시 오버헤드 발생 등 문제점 존재

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4. TCP 통신 시 발생 가능 문제점 및 해결 방안

문제점	해결 방안
Data 1 byte 생성 시 헤더 포함 41byte 전송 필요	충분한 Data를 버퍼에 저장하는 Nagle 알고리즘 사용
Data 1 byte 소비 시 송신 대기 현상 발생	충분한 버퍼 확보 시 까지 윈도우 크기를 0으로 통보
데이터 시작과 끝의 개념이 없음	recoed-oriented 특성 도입, datagram 단위 전송
연결지향 통신 특성으로 TCP 소켓 범위의 제약	멀티스트리밍, 멀티호밍, SCTP 프로토콜 사용

• SCTP는 TCP와 UDP의 장점을 융합하여 만든 프로토콜이며, LTE 등 이동통신에서 SCTP 활용 중

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5. UDP(User Datagram Protocol) 개요

(1) UDP (User Datagram Protocol)의 정의

• 인터넷에서 정보 송수신 시 서로 주고 받는 형식이 아닌 한 쪽에서 일방적으로 보내는 방식의 비연결성 프로토콜

(2) TCP/IP에서 UDP

TCP/IP에서 UDP

• TCP와 함께 TCP/IP 프로토콜에서 4계층의 주요 프로토콜

(3) UDP의 특징

특징	설명
단순 전송방식	단순한 전송방식으로 서비스 신뢰성이 낮고, 데이터 도착 순서의 변동, 중복, 누락 건 발생 가능.
실시간 전송	실시간 빠른 전송이 가능하여, 실시간 음성/방송 서비스에 적합
비연결형	목적지와 연결 설정이 없는 비연결형 서비스.

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6. UDP의 개념도 및 Header 구성 요소

(1) UDP의 개념도

UDP의 개념도

• 수신 여부 확인 절차 없이 일방적으로 데이터를 송신하는 프로토콜로 영상, 음성 실시간 스트리밍 서비스 등에 적합

(2) UDP Header 구성도/구성 요소

UDP Header 구성도

구성 요소	길이	설명
Source Port	16 bit	– 출발지 포트 번호 (0 ~ 65535)
Destination Port	16 bit	– 목적지 포트 번호 (0 ~ 65535)
Length	16 bit	– UDP Header + Data 길이
Checksum	16 bit	– UDP Header + Data 에러 검출

• UDP 헤더 길이는 8 byte로 TCP 헤더의 길이(20 byte) 보다 작아 TCP 대비 오버헤드가 낮음

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7. 정보 출처

http://blog.skby.net/tcp-transmission-control-protocol/

TCP (Transmission Control Protocol) > 도리의 디지털라이프

http://blog.skby.net/udp-user-datagram-protocol/

UDP (User Datagram Protocol) > 도리의 디지털라이프