[TIL] TCP, UDP란? 인터넷 프로토콜 스택의 4계층

 

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인터넷 프로토콜 스택의 4계층이란?
애플리케이션 계층(HTTP, FTP), 전송 계층 (TCP, UDP), 인터넷 계층 (IP), 네트워크 인터페이스 계층 (LAN 등등)으로 구성되어 있는 것을 말합니다. 

TCP란?
TCP는 IP 프로토콜의 한계를 보안해주는 역할을 하는데 TCP 3 way handshake로 대상이 서비스 가능 상태일 때만 패킷을 전송하고, 데이터 전달을 보증해주고, 데이터 전송 순서도 보증해주는 신뢰할 할 수 있는 프로토콜이고, 현재는 대부분의 애플리케이션에서 TCP 사용합니다. 

UDP란?
 IP에서 PORT와 체크섬이 추가되어 있는 프로토콜을 말합니다. 최근에는 웹브라우저에서 HTTP 통신할 때 HTTP 3 way handshake에서 UDP를 사용하면서 사용성이 더욱더 강조되고 있습니다.  

 

TCP, UDP는 IP 프로토콜에서 발생했던 많은 문제들을 해결해준다. 

(IP 프로토콜에서 발생했던 문제 : 패킷 소실, 대상이 서비스 불능이여도 패킷 전송, 패킷 전송 순서 문제 ) 

(UDP는 그런 문제는 해결해주지는 않지만 그래도 도움이 되는게 있다. )

 

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인터넷 프로토콜 스택의 4계층

애플리케이션 계층 - HTTP, FTP

전송 계층 - TCP, UDP

인터넷 계층 - IP

네트워크 인터페이스 계층 - LAN 등등

 

예를들어 내가 "Hello world!" 메세지를 다른 사람에게 보낸다고 하면

1. 애플리케이션 계층에 있는 프로그램(웹브라우저, 채팅 프로그램 등)이 메세지를 생성한다. 

2. SOCKET 라이브러리를 통해 전달한다. 

3. TCP 정보를 생성해서 메세지 데이터를 포함한다. 

4. IP 패킷을 생성한다. (TCP 데이터를 포함한다.)

5. 네트워크 인터페이스(LAN카드)를 통해서 나갈 때 Ethernet frame이라는게 포함되서 나간다. 

 

• IP 패킷은 출발지 IP, 목적지 IP가 포함되어 있다. 

 

• TCP 정보은 출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보가 포함되어 있다. => 그래서 IP만으로 해결되지 않았던 문제가 해결되는 거다!

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TCP 특징

전송 제어 프로토콜 (Transmission Control Protocol)

 

- 연결지향 - TCP 3 way handshake (가상 연결) 👉 대상과 연결후에 전송을 하기 때문에 대상이 서비스 불능이면 패킷 전송 안함!!

- 데이터 전달 보증 👉 내가 메시지를 보냈는데 중간에 패킷이 누락되면 이 정보를 나에게 알려준다. 

- 순서 보장 👉 패킷을 보내는 순서를 보장해준다. 

 

그래서 TCP는 신뢰할 수 있는 프로토콜이고 현재는 대부분의 애플리케이션에서 TCP 사용한다!

 

TCP 특징 1. 연결지향 - TCP 3 way handshake (가상 연결)

TCP/IP 프로토콜로 뭔가를 연결하면, 클라이언트가 서버에게 SYN: 접속 요청을 하고, 서버는 ACK: 요청 수락과 함께 SYN을 보낸다. 이를 받은 클라이언트는 ACK을 보내서 연결한다. (클라이언트와 서버가 각자를 믿을 수 있게 된다.) 이렇게 연결이 되고 나면 그제서야 데이터를 보낸다. 

 

 

중요!

TCP 3 way handshake가 연결되었다고 해서 진짜로 연결된 것이 아니고 개념적으로 연결이 된거다!

(클라이언트에서 서버까지 연결되어 있는 수많은 노드들의 상태는 모르는거다.)

 

 

TCP 특징 2. 데이터 전달 보증

클라이언트에서 데이터를 전송하면, 서버에서 데이터를 잘 받았다고 알려준다. 

 

TCP 특징 3. 순서 보장

클라이언트가 패킷1, 패킷2, 패킷3 순서로 전송했는데 패킷1, 패킷3, 패킷2 순서로 도착했다면?

서버에서 패킷2부터 다시 보내라고 알려준다. 

 

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UDP 특징

사용자 데이터그램 프로토콜 (User Datagram Protocol)

 

하얀 도화지에 비유할만큼 기능이 거의 없다!

- 연결지향 - TCP 3 way handshake X

- 데이터 전달 보증 X

- 순서 보장 X

- 데이터 전달 및 순서가 보장되지 않지만, 단순하고 빠르다. 

 

- IP와 거의 같다. + PORT* + 체크섬* 정도만 추가

- 애플리케이션에서 추가 작업 필요

 

★PORT = 각자의 컴퓨터에는 IP가 하나씩 할당되어 있다. 그런데 사용자가 네트워크로 게임도 하고, 음악도 듣고 있다면 사용자의 IP로 여러가지 패킷이 오게 된다. 이건 게임용 패킷이고 음악용 패킷을 구분할 때 쓰는 것이 PORT이다. 

 

★체크섬 = 메세지에 대해서 제대로 맞는지 검증해주는 데이터이다. 

 

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UDP는 IP에 PORT와 체크섬 정도만 추가된 기능이 거의 없는데 왜 사용할까???

TCP는 다 좋은데 3 way handshake하려면 시간이 소요되고, 데이터 양도 많아지고, 전송 속도도 더 빠르게 만들기 어렵다. 

이런 TCP를 최적화하기 위해 UDP를 사용한다. 

 

그리고 최근에는 웹브라우저에서 HTTP 통신할 때 HTTP 3 way handshake 할때 UDP를 사용하면서 사용성이 더욱더 강조되고 있다! 

 

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TCP와 UDP 방식의 차이점

TCP와 UDP는 모두 전송 계층의 프로토콜입니다.

TCP는 3 way handshake 방식을 사용해서 데이터 전송 자체와 데이터 전송 순서를 보증하는 신뢰할 수 있는 프로토콜입니다.

UDP는 비연결형 프로토콜로 TCP와는 다르게 연결 설정이 없고 TCP보다 전송 속도가 빠르고 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 데이터 전송을 보장하지는 않습니다. 그래서 신뢰성보다는 연속성이 중요한 실시간 스트리밍과 같은 서비스에 자주 사용됩니다.

 

 

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