TIL) 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식 차이, IP 패킷의 한계, TCP와 UDP

 

패킷 교환 방식

 

회선 교환 방식 : 송수신 단말장치 사이에서 데이터를 전송할 때마다 통신경로를 설정하여 데이터를 교환하는 방식이다. 

패킷 교환 방식 : 일정한 데이터 블록인 패킷을 교환기가 수신측 주소에 따라 적당한 통신경로를 선택하여 전송하는 교환방식이다. 전송하고자 하는 정보를 일정한 크기의 데이터로 분할한 후, 송수신 주소인 헤더를 각각에 부가한 패킷단위로 전송한다. 

 

IP(인터넷 프로토콜) = 인터넷 통신의 기본

 

IP 주소를 컴퓨터에 부여하여 통신한다. IP는 지정한 IP주소에 패킷이라는 통신 단위로 데이터를 전달한다. 

패킷에는 출발지 IP, 목적지 IP 정보가 포함되어 있다. 패킷 단위로 전송시 노드들은 목적지 IP에 도달하기 위해 서로 데이터를 전달한다. 

이를 통해 복잡한 인터넷 망 사이에서도 정확한 목적지로 패킷을 전송할 수 있다. 

 

서버에서 무사히 데이터를 전송받았다면 서버도 이에 대한 응답을 줘야한다. 서버 역시 IP 패킷을 이용해 클라이언트에 응답을 전달한다. 

 

이러한 IP 프로토콜도 한계가 존재한다. 

• 비연결성

- 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 패킷을 전송한다. (클라이언트는 서버의 상태를 파악할 방법이 없기 때문에!)

 

• 비신뢰성

- 중간에 패킷이 사라질 수 있다. (중간에 있는 서버가 데이터를 전달하던 중 장애가 생겨 패킷이 소실될 수 있다. )

- 패킷의 순서를 보장할 수 없다. (전달 데이터의 용량이 크면 서로 다른 노드를 통해 전달될 수 있는데, 클라이언트가 의도하지 않은 순서로 서버에 패킷이 도착할 수 있다. )

 

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IP 패킷의 한계를 보완하기 위해 네트워크 계층 구조로 보완 방법을 찾아보자! (TCP & UDP)

 

네트워크 프로토콜 계층

IP 프로토콜 보다 더 높은 계층에 TCP 프로토콜이 존재하기 때문에 IP 프로토콜의 한계를 보완할 수 있다. 

 

채팅 프로그램에서 메세지를 보내면 HTTP 메세지가 생성되고 Socket** 을 통해 전달된다. 

그리고 IP 패킷을 생성하기 전 TCP 세그먼트를 생성한다. 

이렇게 생성된 TCP/IP 패킷은 LAN 카드와 같은 물리적 계층을 지나기 위해 이더넷 프레임 워크에 포함되어 서버로 전송된다. 

 

** 여기서 Socket 이란, 프로그램이 네트워크에서 데이터를 송수신할 수 있도록, 네트워크 환경에 연결할 수 있게 만들어진 연결부이다. 

 

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TCP (transmission control protocol) / 전송 제어 프로토콜

 

TCP 세그먼트에는 IP 패킷의 출발지 IP와 목적지 IP 정보를 보완할 수 있는 출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보 등을 포함한다. 

 

TCP 특징

• 연결 지향 - TCP 3 way handshake (가상 연결) (장치들 사이에 논리적인 접속 성립을 가능하게 함)

만약 서버가 꺼져 있다면 클라이언트가 SYN을 보내고 서버에서 응답이 없기 때문에 데이터를 보내지 않는다. 

 

• 데이터 전달 보증

클라이언트가 SYN을 보내고, 서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 SYN과 ACK를 보내는데, 이처럼 IP 패킷의 함계인 비연결성을 보완할 수 있다. 

 

• 순서 보장

만약 패킷이 순서대로 도착하지 않는다면 TCP 세그먼트에 있는 정보를 토대로 다시 패킷 전송을 요청할 수 있다. 

이를 통해 IP 패킷의 한계인 비신뢰성을 보완할 수 있다.

 

• 신뢰할 수 있는 프로토콜

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UDP (user datagram protocol) / 사용자 데이터그램 프로토콜

IP 프로토콜에 PORT, 체크섬** 필드 정보만 추가된 단순한 프로토콜이다. 

TCP 특징과 비교하면, 신뢰성은 낮지만 3 way handshake 방식을 사용하지 않기 때문에 비교적 속도가 빠르다. 

HTTP3는 UDP를 사용하며, 이미 여러 기능이 구현된 TCP보다는 커스터마이징이 가능하다는 장점이 있다. 

 

**체크섬(checksum)은 중복 검사의 한 형태로, 오류 정정을 통해, 공간이나 시간 속에서 송신된 자료의 무결성을 보호하는 방법이다. 

 

UDP 특징

• 기능이 거의 없음(커스터마이징 해야함)
• 비 연결지향 - TCP 3 way handshake 아님!
• 데이터 전달 보증 안함
• 순서 보장 안함
• 데이터 전달 및 순서가 보장되지 않지만, 단순하고 빠름
• 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스에 자주 사용됨 (실시간 스트리밍)

QUIC 크롬에서 사용하는 UDP

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TCP	UDP
연결지향형 프로토콜	비 연결지향형 프로토콜
전송 순서 보장	전송 순서 보장 안함
데이터 수신 여부 확인함	데이터 수신 여부 확인 안함
신뢰성 높지만 속도 느림	신뢰성 낮지만 속도 빠름

 

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