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TCP vs UDP

징석 2021. 8. 5. 00:02
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TCP vs UDP

0. Internet Protocol Suite

  • TCP/IP
5 응용 계층 DNS, TFTP, TLS/SSL, FTP, HTTP, IMAP, IRC, NNTP, POP3, SIP, SMTP, SNMP, SSH, 텔넷, ECHO, 비트토렌트, RTP, PNRP, rlogin, ENRP, …
4 전송 계층 TCP, UDP, DCCP, SCTP, IL, RUDP, …
3 인터넷 계층 IP (IPv4, IPv6)
2.5 ARP ARP, RARP (주소 결정 프로토콜)
1,2 네트워크 인터페이스 계층 이더넷, Wi-Fi, 토큰링, PPP, SLIP, FDDI, ATM, 프레임 릴레이, SMDS, …
  • OSI 7 계층
7 응용 계층 HTTP, SMTP, SNMP, FTP, 텔넷, SSH & Scp, NFS, RTSP
6 표현 계층 XDR, ASN.1, SMB, AFP
5 세션 계층 TLS, SSL, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, 넷바이오스, 애플토크
4 전송 계층 TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX, 애플토크
3 네트워크 계층 IP, ICMP, IGMP, X.25, CLNP, ARP, RARP, BGP, OSPF, RIP, IPX, DDP
2 데이터 링크 계층 이더넷, 토큰링, PPP, HDLC, 프레임 릴레이, ISDN, ATM, 무선랜, FDDI
1 물리 계층 전선, 전파, 광섬유, 동축케이블, 도파관, PSTN, 리피터, DSU, CSU, 모뎀

1. Transportation Layer

  • 4계층(OSI 7 계층)
  • 다른 호스트들이 계속 네트워크에 머물도록 응용 프로세스 간의 논리적 통신을 제공한다.
  • 송신자와 수신자를 연결하는 통신 서비스 제공
    • 송신 호스트 : 데이터 메시지를 세그먼트로 분해하여 네트워크 계층(3계층)으로 전송한다.
    • 수신 호스트 : 세그먼트들을 데이터 메시지로 재조립하여 응용 계층으로 전송한다.
  • vs Network Layer
    • Network Layer(네트워크 계층, 3계층) : 호스트들 간의 논리적 통신을 돕는다.
    • Transport Layer(전송 계층, 4계층) : 응용 프로세스 간의 논리적 통신을 돕는다.

2. TCP

  • 연결지향적 프로토콜
    • 클라이언트와 서버가 연결된 상태에서 데이터를 주고 받음
    • 3way handshaking
    • 4-way handshaking 을 통해 연결을 해제.
  • SYN - ACK 순차전달
    • 전송 순서를 보장.
    • 각 바이트마다 번호를 부여
  • 신뢰성 있는 데이터 전달
  • Flow Control
    • 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.
  • Congestion Control
    • 네트워크 내의 패킷 수가 넘치게 증가하지 않도록 방지
  • UDP 보다 느림

TCP 프로토콜의 작동

연결 생성 (Connection establishment)
자료 전송 (Data transfer)
연결 종료 (Connection termination)

TCP Header

Flow Control - 신뢰성 보장, 흐름 제어

  • 송신측과 수신측의 데이터 처리 속도차이를 해결하기 위한 기법
  • 수신측 처리속도 > 송신측 처리속도 (문제 X)
  • Stop And wait
    • 매번 전송한 패킷에 대해 확인 응답
  • 슬라이딩 윈도우
    • 수신 측에서 설정한 윈도우 크기만큼 송신 측에서 세그먼트 전송
    • 데이터 흐름 동적으로 조절

Congestion Control - 혼잡 제어

  • 송신측의 데이터 전달과 네트워크 처리 속도 차이를 해결하기 위한 기법
  • TCP Taho, TCP Reno, TCP Vegas - 혼잡 방지 알고리즘
  • 라우터는 매우 복잡하기 때문
  • Slow Start
    • 윈도우 크기를 2배씩 증가 -> 혼잡발생 -> 1로 감소 ->Threshold 까지 2배 -> 1씩 증가
  • Fast Recovery
    • 혼잡상태 발생시 반으로 감소 -> 선형 증가

3. UDP

  • 데이터의 신뢰성이 없다.
  • 의미있는 서버를 구축하기위해서는 일일이 패킷을 관리해주어야 한다.
  • 세그먼트가 손실될 수 있고, 순서가 뒤바뀔 수 있다.
  • Handshaking이 없음
  • 실시간이 중요한 스트리밍 멀티미디어와 같은 응용프로그램, 도메인 네임 서버(DNS) 및 SNMP에 이용되어진다
  • DNS, IPTV, VoIP, TFTP, IP터널, 온라인게임 등

UDP Header

4. TCP vs UDP

공통점

  • 포트 번호 이용하여 주소 지정
  • Checksum 이용하여 데이터 오류 검사
  TCP UDP
연결 방식 연결 비연결
패킷 교환 방식 가상 회선 데이터그램
전송 순서 보장 바뀔 수 있음
수신 여부 확인 비확인
통신 방식 1:1 1:1 or 1:N or N:N
신뢰성 높음 낮음
속도 느림 빠름
혼잡제어 O X
흐름제어 O X
Streaming 서비스 불리 유리

5. QUIC

  • 현재 구글 서비스의 약 절반 정도
  • Zero RTT
  • UDP 사용
  • HOL 블로킹 문제 해결
    • HoL (Head-Of-Line) 블로킹 : 네트워크에서 같은 큐에 있는 패킷이 첫번째 패킷에 의해 지연될 때 발생하는 성능 저하 현상
  • 구글 검색에서 3%로딩 시간 개선, 유튜브 30% 버퍼링 감소

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