CS 개념 정리

TCP와 UDP에 대해 알아보자 (전송계층부터 ~ TCP Handshake까지)

Squidward 2022. 12. 4. 17:25

전송계층 프로토콜 중 대표적인 것이 바로 TCP와 UDP이다. 


🤔 전송계층이란?

: OSI 7계층에서 전송계층(Transport Layer, 4계층)에는
양 끝단(End to end)의 사용자들이 신뢰성있는 데이터를 주고 받도록 한다.

→ 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각 안해도 됨!

 

구조가 잘 생각나지 않는다면
아래 OSI 7계층과 *TCP/IP 4계층 사진을 살펴보자. 

* TCP/IP 4계층: TCP/IP 프로토콜 통신 과정에 초점을 맞추어 OSI 7계층을 단순화 시킨 계층

 

그래서
전송 계층 프로토콜이란?

: 종단 호스트 간 애플리케이션 데이터를 전송해 주는 역할을 하는 프로토콜*

* 프로토콜 : 다른 시스템과 통신을 원활하게 수용하도록 해주는 통신 규약, 약속

 

그럼 TCP 부터 알아보자.

 

TCP (Transmission Control Protocol)
인터넷상에서 데이터를 메세지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜

TCP는 애플리케이션에게 신뢰도 높은 연결지향성 서비스를 제공한다.
일반적으로 TCP와 IP는 함께 사용되며 IP는 배달을, TCP는 패킷의 추적 및 관리를 하게 된다.

TCP는 연결형 서비스로, 신뢰적인 전송을 보장하기에 handshaking하고 데이터의 흐름제어와 혼잡제어를 수행한다.
하지만 이러한 기능으로 인해 TCP의 속도는 느리다.

 

🥚 TCP의 특징
: 연결형, 1:1,  순서보장, 신뢰도, 느림

  • 3-way handshaking 과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshaking을 통해 해제한다. 
  • 흐름 제어 및 혼잡 제어
  • 높은 신뢰성을 보장한다.
  • UDP보다 속도가 느리다.
  • 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식

🐥 TCP의 3-Way Handshake와 4-Way Handshake

: 3-Way Handshake 는 TCP의 접속, 4 -Way Handshake는 TCP의 접속 해제 과정이다.

 

이해를 위해서 간단하게 포트 상태 정보(ESTABLISHED, CLOSED.. 등)와 플래그 정보 (SYN, ACK, FIN.. 등)을 알아야한다.

 

💡 포트(PORT) 상태 정보

  • CLOSED: 포트가 닫힌 상태
  • LISTEN: 포트가 열린 상태로 연결 요청 대기 중
  • SYN_RCV: SYNC 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중
  • ESTABLISHED: 포트 연결 상태

💡 플래그 정보

  • TCP Header에는 CONTROL BIT(플래그 비트, 6bit)가 존재하며, 각각의 bit는 URG-ACK-PSH-RST-SYN-FIN 의미를 가진다.
  • SYN(Synchronize Sequence Number)
    • 연결 설정. Sequence Number를 랜덤으로 설정하여 세션을 연결하는 데 사용하며, 초기에 Sequence Number를 전송한다.
  • ACK(Acknowledgement)
    • 응답 확인. 패킷을 받았다는 것을 의미한다.
    • Acknowledgement Number 필드가 유효한지를 나타낸다.
    • 양단 프로세스가 쉬지 않고 데이터를 전송한다고 가정하면 최초 연결 설정 과정에서 전송되는 첫 번째 세그먼트를 제외한 모든 세그먼트의 ACK 비트는 1로 지정된다고 생각할 수 있다.
  • FIN(Finish)
    • 연결 해제. 세션 연결을 종료시킬 때 사용되며, 더 이상 전송할 데이터가 없음을 의미한다.

 

💡 3-Way Handshake

TCP/IP프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기 전에 

먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정

 

아래는 3-Way Handshake 과정이다.

[STEP 1]

클라이언트는 서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다.
이때 클라이언트는 SYN 을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태가 되는 것이다.

 

[STEP 2] 

서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK 와 SYN flag 가 설정된 패킷을 발송하고
클라이언트가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다. 이때 서버는 SYN_RECEIVED 상태가 된다.

 

[STEP 3]

클라이언트는 서버에게 ACK을 보내고 이후로부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 되는것이다.
이때의 서버 상태가 ESTABLISHED 이다.

 

💡4-Way Handshake

세션을 종료하기 위해 수행되는 절차

 

 

아래는 4-Way Handshake 과정이다.

 

[STEP 1]

클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다.

 

[STEP 2] 

서버는 일단 확인메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가 TIME_WAIT상태다.

 

[STEP 3]

서버가 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.

 

[STEP 4]

클라이언트는 확인했다는 메시지를 보낸다

 

 

UDP (User Datagram Protocol)
데이터를 데이터그램* 단위로 처리하는 프로토콜

* 데이터그램이란 독립적인 관계를 지니는 패킷이라는 뜻 이다.

 

UDP는 비연결형 프로토콜이다. 즉, 할당되는 논리적인 경로가 없고 각각의 패킷이 다른 경로로 전송되고
이 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 되는데, 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립 처리하는 프로토콜을 UDP 라고 한다.

UDP는 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않는다. 서로 다른 경로로 독립적으로 처리함에도 패킷에 순서를 부여하여 재조립하거나 흐름제어 및 혼잡제어를 수행하지 않아 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 데이터 전송의 신뢰성이 낮다.
연속성이 중요한 실시간 서비스(스트리밍)에 좋다.

 

🥚 UDP 특징
: 비연결형, 순서없음, 신뢰낮음, 빠름

  • 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공한다.
  • 정보를 주고 받을 때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않는다.
  • UDP 헤더의 CheckSum 필드를 통해 최소한의 오류만 검출한다.
  • 신뢰성이 낮다
  • TCP보다 속도가 빠르다

 

🐥 TCP vs UDP

 

TCP 관련 질문 ❓

Q. 초기 Sequence Number인 ISN을 0부터 시작하지 않고 난수를 생성해서 설정하는 이유?

A. Connection을 맺을 때 사용하는 포트(Port)는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다. 따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재한다. 서버 측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순처적인 Number가 전송된다면 이전의 Connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다. 이런 문제가 발생할 가능성을 줄이기 위해서 난수로 ISN을 설정한다.

 


* 아래 영상이 이해하는데 도움이 많이 되었다.
글로 잘이해가 안된다면 한번 보시길 (테코톡 진짜 유익하다. b)

 

 

 

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