TCP vs UDP

개요

TCP와 UDP는 TCP/IP의 전송계층에서 사용되는 프로토콜이다.
전송계층은 IP에 의해 전달되는 패킷의 오류를 검사하고 재전송 요구 등의 제어를 담당하는 계층이다.

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TCP(Transmission Control Protocol)

인터넷상에서 데이터를 메세지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜
일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리한다.

TCP는 연결형 서비스를 지원하는 프로토콜로 인터넷 환경에서 기본으로 사용한다.

TCP 특징

연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공한다.
- 3-way handshaking과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshaking을 통해 해제한다.
흐름 제어.
- 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지
- 송신하는 곳에서 감당이 안되게 많은 데이터를 빠르게 보내 수신하는 곳에서 문제가 일어나는 것을 막는다.
- 수신자가 윈도우크기(Window Size) 값을 통해 수신량을 정할 수 있다.
혼잡 제어.
- 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지
- 정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막는다.
높은 신뢰성을 보장한다.
- Dupack-based retransmission
  - 정상적인 상황에서는 ACK 값이 연속적으로 전송되어야 한다.
  - 그러나 ACK값이 중복으로 올 경우 패킷 이상을 감지하고 재전송을 요청한다.
- Timeout-based retransmission
  - 일정시간동안 ACK 값이 수신을 못할 경우 재전송을 요청한다.
전이중(Full-Duplex).
- 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있다.
점대점(Point to Point).
- 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있다.
- 이는 멀티캐스팅이나 브로드캐스팅을 지원하지 않는다는 의미
UDP보다 속도가 느리다.

3-way handshaking과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는 과정
따라서 TCP는 연속성보다 신뢰성있는 전송이 중요할 때에 사용한다.

TCP server 특징

서버소켓은 연결만을 담당한다. 연결과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 데이터의 송수신에 사용된다형 서비스로 가상 * 회선 방식을 제공한다.
서버와 클라이언트는 1대1로 연결된다.
스트림 전송으로 전송 데이터의 크기가 무제한이다.
패킷에 대한 응답을 해야하기 때문에(시간 지연, CPU 소모) 성능이 낮다. Streaming 서비스에 불리하다.(손실된 경우 재전송 요청을 하므로)

TCP header

그림1
응용 계층으로부터 데이터를 받은 TCP는 헤더를 추가한 후에 이를 IP로 보낸다.

필드	내용
Source Port	발신지 포트 주소
Destination Port	목적지 포트 주소
Sequence Number	송신자가 지정하는 순서 번호, 전송되는 바이트 수를 기준으로 증가. SYN = 1 : 초기 시퀀스 번호가 된다. ACK 번호는 이 값에 1을 더한 값.SYN = 0 : 현재 세션의 이 세그먼트 데이터의 최초 바이트 값의 누적 시퀀스 번호
Acknowledgment Number	수신 프로세스가 제대로 수신한 바이트의 수를 응답하기 위해 사용.
Header Length	TCP 헤더 길이를 4 바이트(32 비트) 단위로 표시 따라서, TCP 헤더 길이는 4 x (24 - 1) = 60 바이트 이하
Reserved	사용을 하지 않지만 나중을 위한 예약 필드이며 0으로 채워져야한다.
Flag Bit	SYN, ACK, FIN 등의 제어 번호 -> 아래 추가 설명 참조
Window Size	수신 윈도우의 버퍼 크기를 지정할 때 사용. 0이면 송신 프로세스의 전송 중지
TCP Checksum	TCP 세그먼트에 포함되는 프로토콜 헤더와 데이터에 대한 오류 검출 용도
Urgent Pointer	긴급 데이터를 처리하기 위함, URG 플래그 비트가 지정된 경우에만 유효

Flag Bit

종류	내용
URG	긴급 위치를 필드가 유효한지 설정
ACK	응답 번호 필드가 유효한지 설정. 클라이언트가 보낸 최초의 SYN 패킷 이후에 전송되는 모든 패킷은 이 플래그가 설정되어야 한다. ACK 번호를 사용하여 패킷이 도착했는지 확인하며 송신한 패킷이 제대로 도착하지 않았으면 재송신을 요구한다.
PSH	수신 애플리케이션에 버퍼링된 데이터를 상위 계층에 즉시 전달할 때 설정
RST	연결의 리셋이나 유효하지 않은 세그먼트에 대한 응답용
SYN	연결 설정 요구. 동기화 시퀀스 번호. 양쪽이 보낸 최초의 패킷에만 이 플래그가 설정되어 있어야 한다.
FIN	더 이상 전송할 데이터가 없을 때 연결 종료 의사 표시

UDP(User Datagram Protocol)

데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜
데이터그램이란 독립적인 관계를 지니는 패킷이라는 뜻으로 TCP와 달리 UDP는 비연결형 프로토콜이다.
즉, 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없다. 따라서 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되며 독립적인 관계를 지니게 되는데 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하는 프로토콜이다.

간단한 데이터를 빠른 속도로 전송하고자 하는 애플리케이션에서는 UDP를 사용

UDP 특징

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

UDP server 특징

UDP에는 연결 자체가 없어서(connect 함수 불필요) 서버 소켓과 클라이언트 소켓의 구분이 없다.
소켓 대신 IP를 기반으로 데이터를 전송한다.
서버와 클라이언트는 1대1, 1대N, N대M 등으로 연결될 수 있다.
데이터그램(메세지) 단위로 전송되며 그 크기는 65535바이트로, 크기가 초과하면 잘라서 보낸다.
흐름제어(flow control)가 없어서 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.
파일 전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스보다 성능이 중요시 되는 경우에 사용된다.

UDP header

그림1

필드	내용	크기
source port	데이터를 보내는 애플리케이션의 포트 번호	16 bits
destination port	데이터를 받을 애플리케이션의 포트 번호	16 bits
length	UDP 헤더와 데이터의 총 길이	16 bits
checksum	데이터 오류 검사에 사용	16 bits

TCP vs UDP

TCP	UDP
Connection-oriented protocol(연결지향형 프로토콜)	Connection-less protocol(비 연결지향형 프로토콜)
Connection by byte stream(바이트 스트림을 통한 연결)	Connection by message stream(메세지 스트림을 통한 연결)
Congestion / Flow control(혼잡제어, 흐름제어)	NO Congestion / Flow control(혼잡제어와 흐름제어 지원 X)
Ordered, Lower speed(순서 보장, 상대적으로 느림)	Not ordered, Higer speed(순서 보장되지 않음, 상대적으로 빠름)
Reliable data transmission(신뢰성 있는 데이터 전송 - 안정적)	Unreliable data transmission(데이터 전송 보장 X)
TCP packet : Segment(세그먼트 TCP 패킷)	UDP packet : Datagram(데이터그램 UDP 패킷)
HTTP, Email, File transfer에서 사용	DNS, Broadcasting(도메인, 실시간 동영상 서비스에서 사용)

정리

공통점

포트 번호를 이용하여 주소를 지정
데이터 오류 검사를 위한 체크섬 존재

차이점

TCP	UDP
연결이 성공해야 통신 가능(연결형 프로토콜)	비연결형 프로토콜(연결 없이 통신이 가능)
데이터의 경계를 구분하지 않음(Byte-Stream Service)	데이터의 경계를 구분함(Datagram Service)
신뢰성 있는 데이터 전송(데이터의 재전송 존재)	비신뢰성 있는 데이터 전송(데이터의 재전송 없음)
일 대 일(Unicast) 통신	일 대 일(Unicast), 일 대 다(Broadcast), 다 대 다(Multicast) 통신

참고

TCP Header Transmission Control Protocol Header - 정보통신기술용어해설
TCP와 UDP의 특징과 차이 - 망나니개발자
TCP 와 UDP 차이를 자세히 알아보자 - daehyunlee

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