TCP/IP와 TCP/UDP

1. 인터넷 구성 요소

• 호스트: 네트워크 기능을 포함하는 컴퓨터로 응용 프로그램을 수행하는 주체이다.
• 라우터: 목적지까지 가장 최적의 경로를 찾아서 서로 다른 네트워크에 속한 호스트 간의 데이터 교환이 가능하게 해주는 장치이다.
• 통신 프로토콜: 호스트-호스트, 호스트-라우터, 라우터-라우터 사이의 통신하기 위한 정해진 절차와 방법이다.

 

호스트, 라우터, 통신 프로토콜

 

2. TCP/IP

인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜로 TCP와 IP를 비롯한 각종 프로토콜을 총칭한다.

• 클라이언트-서버 모델: 사용자인 클라이언트의 요구에 대응하여 네트워크 상의 서버가 웹 페이지를 보낸다.
• 점대점 통신: 각 통신이 네트워크 상의 한 점(호스트)으로부터 시작해 다른 점(호스트)으로 전달한다.

 

1) TCP

인터넷상에서 데이터를 메시지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜이다.

• 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원하는 연결 지향형 프로토콜이다.
  • 데이터가 각단의 응용 프로그램들에 의해 교환되는 시간 동안 연결을 유지하는 것을 연결 지향형이라 한다.
• 세션의 연결과 종료, 패킷의 추적 및 관리를 수행한다.
  • 패킷이란 라우팅을 효율적으로 하기 위해 데이터를 여러 개로 나눈 조각을 말하는데, 데이터를 패킷 단위로 나누어 패킷 번호를 붙인 후 IP 계층으로 전송하면 반대편에서는 나눠진 패킷을 완전한 데이터로 재조립한다.
• 종단 시스템 간의 흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 제어를 지원하며 데이터의 순서를 보장한다.
  • 흐름 제어: 보내는 측과 받는 측의 데이터 처리 속도 차이를 조절한다.
  • 혼잡 제어: 네트워크 내의 패킷 수가 넘치지 않도록 방지한다.

 

2) IP

네트워크 접근 계층의 도움을 받아 IP 주소로 데이터를 목적지 호스트까지 배달하는 프로토콜이다.

• 비연결 지향형 프로토콜이다.
• 각 패킷의 주소 부분을 처리함으로써 패킷들이 목적지에 정확하게 도달할 수 있게 하는 라우팅(경로 배정)을 수행한다.

 

3) TCP/IP 4계층

• 네트워크 인터페이스 계층: 케이블, LAN 접속 같은 물리적 연결을 구성한다.
• 인터넷 계층: 데이터 전송을 위한 주소 지정과 경로 설정을 제공한다.
• 전송 계층: 호스트 간의 통신을 제공하고 데이터의 실제 송수신을 담당한다.
• 응용 계층: 네트워크를 실제로 사용하는 응용 프로그램으로 구성한다.

 

TCP/IP 4계층

 

3. TCP 연결 및 해제

클라이언트와 서버가 TCP 연결을 성립하고 해제라는 과정을 말한다

 

1) 3-way handshake

TCP는 정확한 전송을 보장해야 하므로 통신 전 논리적인 접속을 성립하기 위해 하는 과정이다.

 

3-way handshake

1. 클라이언트는 서버에 접속을 요청하는 SYN(x) 패킷을 보낸다. 이때 x는 임의의 랜덤 숫자로 지정한다.
   • SYN(Synchronize sequence numbers)은 동기화 요청을 뜻한다.
   • x는 왜 랜덤 숫자를 보낼까? 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 순차적인 Number가 전송된다면 이전의 Connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다.
2. 서버는 클라이언트의 요청인 SYN(x) 패킷을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK(x+1)와 클라이언트도 포트를 열어달라는 SYN(y)가 설정된 패킷을 보낸다.
   • 확인, 응답을 뜻하는 ACK(Acknowledgment)는 신뢰적 데이터 전송을 위해 사용된다.
3. 클라이언트는 서버의 응답인 ACK(x+1)와 SYN(y) 패킷을 받고 ACK(y+1)를 서버로 보내면 연결이 성립된다.

 

2) 4-way handshake

연결 성립 후, 모든 통신이 끝났다면 해제해야 한다.

 

4-way handshake

1. 클라이언트는 서버에게 연결을 종료한다는 FIN 플래그를 보낸다.
2. 서버는 클라이언트의 요청(FIN)을 받고 확인 메시지로 ACK를 보낸다. 이때 모든 데이터를 보낼 때까지 잠깐 TIME_OUT이 된다.
3. 서버가 데이터를 모두 보내고 통신이 끝났다면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN 플래그를 보낸다.
4. 클라이언트는 FIN 플래그를 받고 확인했다는 ACK를 서버에게 보낸다.
   1. 클라이언트의 ACK 메시지를 받은 서버는 소켓 연결을 Close 한다.
   2. 클라이언트는 아직 서버로부터 받지 못한 데이터가 있을 것을 대비해 일정 시간 동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다린다. TIME_WAIT 시간이 끝나면 클라이언트도 Close 한다.

 

4. TCP/UDP

1) TCP(Transmission Control Protocol)

• 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원하는 연결 지향형 프로토콜이다.
• 발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정하는 가상 회선 방식을 사용한다.
• 멀티 캐스팅이나 브로드캐스팅은 지원하지 않는다.
• 대부분의 웹 HTTP 통신, 이메일, 파일 전송에 사용된다.

 

가상 회선 패킷 교환 방식

 

2) UDP(User Datagram Protocol)

• 신뢰성이 낮은 데이터 전송을 지원하는 비연결 지향형 프로토콜이다.
• 연결을 위해 할당되는 논리적 경로가 없고 재전송을 하지 않는다.
• 데이터그램은 독립적인 관계를 갖는 패킷으로 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되는 데이터그램 방식을 사용한다.
• 혼잡 제어를 하지 않아 TCP 보다 빠르다.
• RTP(Real Time Protocol), 멀티캐스트, DNS의 이름 해결에서 사용된다.

 

데이터그램 패킷 교환 방식

 

3) 차이점

TCP/UDP 차이점