TCP/UDP

Transport Layer

Endpoint간 신뢰성있는 데이터 전송을 담당하는 계층이다.

말하자면 클라이언트 - 서버 간 원하는 포트 번호에 해당하는 프로세스에 데이터를 순차적으로, 안정적으로 전달하는 것을 담당한다.

만약 이 전송 계층이 없다면 어떤 일이 발생할까?

• 데이터 신뢰 불가능
  • 송신자가 요청한 데이터와 수신한 데이터가 서로 다를 수 있다. (1,2,3 요청 -> 2,3,1 수신)
• 흐름 문제
  • 송/수신자 간 데이터 처리 속도의 차이 때문에 수신자가 처리할 수 있는 데이터량을 초과하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
  • 만약 수신자가 처리할 수 있는 데이터를 초과해서 계속 요청이 온다면 문제가 발생할 것이다.
• 혼잡 문제
  • 네트워크가 혼잡하거나 뭔가 문제가 있을 때에 송신자가 보냈는데 제대로 데이터가 들어가지 않는 등의 문제가 발생 가능하다.

이러면 패킷이 없어지거나 데이터가 손실되는 등의 문제가 있을 수 있을 것이다.

그래서 이를 해결하기 위해 도입된 것이 바로 TCP(Transmission Control Protocol)이다.

TCP(Transmission Control Protocol)

• 신뢰성있는 데이터 통신을 가능하게 해주는 프로토콜
• Connection연결 (3 way-handshake) - 양방향 통신
• 데이터의 순차 전송을 보장
• Flow Control(흐름 제어)
• Congestion Control(혼잡 제어)
• Error Detection(오류 감지)

Segment - TCP프로토콜의 PDU

IP 프로토콜의 패킷처럼 프로토콜 내에서 데이터가 처리되고 움직일 때에 그 데이터의 단위

Application에서 TCP로 Data를 전송하게 되면, TCP는 이를 다시 잘라 준다.
이후에 해당 Data에 TCP Header를 붙여주게 되는데, 이 각각의 친구들을 Segment라고 한다.

이를 가지고 프로토콜 내에서 작업을 처리한다.

TCP Header

TCP에서 Data를 잘라서 TCP Header를 붙여준다고 했는데 그래서 이 TCP Header가 무엇일까??

전송이라는 것이 원하는 포트 번호로 데이터를 전송하게 되는데, 여기서 보면 발신지 - 목적지 포트 주소와 Sequence number Acknowledgement number 등이 존재한다.

그리고 Flag Field에서 9개의 CWR, ECE, URG ... 이런 애들이 있는데 여기서 TCP연결 제어 및 데이터 관리를 진행해 준다.

이 중 특히 ACK SYN FIN 3가지에 대해 설명하자면

• SYN
  • TCP가 커넥션을 연결할 때 사용하는 Flag bit
• FIN
  • 커넥션을 끝낼 때 사용하는 Flag bit
• ACK
  • 수신자가 다시 전송할 때에 사용하는 Flag bit -> 잘 알았다고 보내는 친구

TCP 3-way handshake

기본 통신 방식

1. Client에서 Server에 연결 신청을 할 때에 SYN 비트를 1로 설정해 패킷 송신
2. 서버에서 잘 받았다고 알려주기 위해 서버 측에서 SYN, ACK을 1로 설정해 패킷 송신
3. ACK비트를 1로 설정해 패킷 송신

통신 실패

1. Client에서 Server에 연결 신청을 할 때에 SYN 비트를 1로 설정해 패킷 송신
2. 서버에서 잘 받았다고 알려주기 위해 서버 측에서 SYN, ACK을 1로 설정해 패킷 송신
3. 만약에 여기서 신호가 유실되어 클라이언트 측에서 ACK을 받지 못하는 경우 다시 packet을 통해 데이터 요청

통신 close(4 way-handshake)

1. 데이터를 전부 송신한 Client가 FIN송신
2. Server가 ACK송신
3. Server에서 남은 패킷 송신(클라이언트가 TIME_WAIT상태로 일정 시간 대기)
4. 패킷 송신이 끝나면 Server가 FIN송신
5. Client가 ACK송신

이런 식으로 TCK에서는 신뢰성 있는 통신을 구현해 내었다.

TCP의 문제점

전송의 신뢰성을 보장하기는 하지만 여러 문제점이 있다.

여기서 해당 문제점에 대해 정리해 두었다.

• 매번 Connection을 연결해서 시간 손실 발생(3 way-handshake)
• 패킷을 조금만 손실해도 재전송 해야한다

UDP(User Datagram Protocol)

TCP보다 신뢰성이 떨어지지만 전송 속도가 일반적으로 빠른 프로토콜

순차전송X, 흐름제어X, 혼잡제어X

• Connectionless(3 way-handshake X)
• Error Detection
  • checksum을 통해 error만을 검증해준다.
• 비교적 데이터의 신뢰성이 필요하지 않을 때 사용(ex. 영상 스트리밍)

User Datagram - UDP프로토콜의 PDU

TCP가 segment를 가지고 작업한다면, UDP는 USer Datagram을 가지고 동작한다.
application단에서 Data가 들어오게 되면 그 Data를 UDP Header를 추가해서 사용한다.

여기서 차이점은 TCP에서는 데이터를 쪼갰다면 UDP에서는 쪼개지 않고 그냥 보낸다.
-> 그래서 UDP를 사용해서 통신을 진행하면 Application에서 직접 쪼개야 할 것이다.

UDP Header

UDP Header은 TCP헤더만큼 복잡하지 않다.
그냥 에러 검출을 위한 Checksum을 집어넣어 주는 정도로 생각하면 된다.

UDP의 데이터 전송 방식

서버에서는 받기 위해 열어두고, Sender에서는 보내고 싶을 때에 데이터를 그냥 보내주면 된다.
뭐 오류 검증 이런게 따로 없고 데이터가 안올수도 있다.