[네트워크] TCP와 UDP의 특징과 차이

전송계층은 송신자와 수신자들을 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층으로, 쉽게 말해 데이터의 전달을 담당한다.
그리고 데이터를 보내기 위해 사용하는 프로토콜이 있는데, 그 프로토콜들이 바로 TCP, UDP이다.

그 전에 알아두면 좋은 정보가 OSI 7layer 이다. 이에 대한 내용이다.

 

OSI 7layer

[네트워크] OSI 7 Layer / 7계층

 

 

TCP(Transmission Control Protocol)

TCP를 해석하면 전송을 제어하는 프로토콜(규약)이라는 뜻인데, 이는 아래의 정의와 별 다를 바 없다.

 

인터넷상에서 데이터를 메세지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜

 

일반적으로 TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리하게 된다.
TCP는 연결형 서비스를 지원하는 프로토콜로 인터넷 환경에서 기본으로 사용한다. 이 말을 들으면 다음과 같은 생각이 떠오를 수 있다. 연결 지향형인 TCP는 3-way handshaking이라는 과정을 통해 연결 후 통신을 시작하는데, 흐름 제어와 혼잡 제어를 지원하며 데이터의 순서를 보장한다.

 

패킷이란?

인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 경로배정(라우팅)을 효율적으로 하기 위해서 데이터를 여러 개의 조각들로 나누어 전송을 하는데 이때, 이 조각을 패킷이라 한다.

Network 계층 위로부터 패킷이라고 부른다. 실제 전송의 단위라고 보면 된다.
패킷의 크기는 네트워크 종류마다 달라진다.

 

흐름 제어: 보내는 측과 받는 측의 데이터 처리속도 차이를 조절해주는 것
혼잡 제어: 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지하는 것

 

 

TCP 특징

• 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공
• 데이터의 전송 순서 보장
• 데이터의 경계를 구분하지 않음
• 신뢰성 있는 데이터 전송
• UDP보다 전송속도가 느림
• 연결을 설정(3-way handshaking)과 해제(4-way handshaking)

TCP가 연결 지향 방식이라는 것은 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 말이다. 그리고 3-way handshaking과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는 과정을 의미한다. TCP가 이러한 특징을 지니는 이유는 간단명료하다.
바로 TCP는 연결형 서비스로 신뢰성을 보장하기 때문이다. 하지만 이러한 기능 때문에 UDP보다 속도가 느리게 된다.
(이러한 기능은 CPU를 사용하기 때문에 속도에 영향을 주는 것이다.)
그렇기에 TCP는 연속성보다 신뢰성 있는 전송이 중요할 때에 사용하는 프로토콜로 예를 들면 파일 전송과 같은 경우에 사용된다.

 

 

TCP 서버의 특징

• 서버소켓은 연결만을 담당
• 연결과정에서 반환된 클라이언트 소켓은 데이터의 송수신에 사용
• 서버와 클라이언트는 1대 1로 연결
• 스트림 전송으로 전송 데이터의 크기가 무제한
• 패킷에 대한 응답을 해야 하기 때문에 (시간 지연, CPU) 성능이 낮음
• Streaming 서비스에 불리(손실된 경우 재전송 요청을 하므로)

 

UDP(User Datagram Protocol)

UDP를 해석하면 사용자 데이터그램 프로토콜이라는 뜻

데이터를 데이터그램 단위로 처리하는 프로토콜

여기서 데이터그램이란 독립적인 관계를 지니는 패킷이라는 뜻이다.
TCP와 달리 UDP는 비연결형 프로토콜이다. 즉, 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없는데, 그렇기 때문에 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되고, 각각의 패킷은 독립적인 관계를 지니게 되는데 이렇게 데이터를 서로 다른 경로로 독립적으로 처리하게 되고, 이러한 프로토콜을 UDP라고 한다.

 

 

UDP 특징

• 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공
• 정보를 주고받을 때 정보를 보내거나 받는다는 신호절차를 거치지 않음
• UDP 헤더의 CheckSum 필드를 통해 최소한의 오류만 검출
• 신뢰성이 낮음
• TCP보다 속도가 빠름

UDP는 비연결형 서비스이기 때문에, 연결을 설정하고 해제하는 과정이 존재하지 않는다. 서로 다른 경로로 독립적으로 처리함에도 패킷에 순서를 부여하여 재조립을 하거나 흐름 제어 또는 혼잡 제어와 같은 기능도 처리하지 않기에 TCP보다 속도가 빠르며 네트워크 부하가 적다는 장점이 있지만 신뢰성 있는 데이터의 전송을 보장하지는 못한다. 그렇기 때문에 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스 예를 들면 실시간 서비스(streaming)에 자주 사용된다.

 

 

UDP 서버의 특징

• UDP에는 연결 자체가 없어서(connect 함수 불필요) 서버 소켓과 클라이언트 소켓의 구분이 없다.
• 소켓 대신 IP를 기반으로 데이터를 전송
• 서버와 클라이언트는 1대 1, 1대 N, N대 M 등으로 연결될 수 있음
• 데이터그램(메시지) 단위로 전송되며 그 크기는 65535바이트로, 크기가 초과하면 잘라서 보냄
• 흐름제어가 없어서 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없음
• 파일 전송과 같은 신뢰성이 필요한 서비스보다 성능이 중요시되는 경우에 사용 ( ex. 넷플릭스)

 

흐름제어와 혼잡제어란?

흐름제어: 데이터를 송신하는 곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지하는 것이다. 예를 들어 송신하는 곳에서 감당이 안되게 데이터를 빠르게 많이 보내면 수신자에서 문제가 발생하기 때문이다.
혼잡제어: 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지하는 것이다. 만약 정보의 소통량이 과다하면 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 붕괴 현상이 일어나는 것을 막는다.

 

TCP와 UDP의 비교

[TCP Flow]

 

[UDP Flow]