비전공자가 바라본 TCP vs UDP ??

RTSP 서버를 다루다가 다시 만나게 된 TCP, UDP.
비 전공자인 나도 이해 할 수 있도록, 각각이 무엇을 의미하고 언제 사용되는지 정리해보자.
(참고로 RTSP는 TCP를 사용한다... 이것때문에 날린 시간이...🥲)

TCP, UDP는 OSI 7계층 중 전송 계층에서 사용하는 프로토콜을 의미한다. 
7계층 중 어디에 전송계층이 있는지 알고 싶다면 아래 그림을 참고하자.

OSI 7계층

 

두개의 프로토콜을 비교하기 이전에, 각각에 대해 먼저 알아보도록 하자.

 

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TCP(Transmission Control Protocol)?

TCP를 그대로 번역하자면, 전송 제어 프로토콜 이다. 이것만으로는 어떠한 특징을 가지는지 정확히 알 수 없으니 좀 더 자세히 알아보자.

 

[ TCP/IP ]

우선, 한번쯤 들어봤을 TCP/IP 라는 것은 무엇일까?

TCP는 IP(Internet Protocol) 위에서 동작하는 프로토콜로, 땔레야 땔 수 없는 관계이기 때문에 보통 TCP/IP라고 부른다. 

참고로, IP는 비신뢰성과 비연결성을 특징으로 가지는데, 이 말은 내가 보낸 데이터가 제대로 갔는지 혹은 손상됐는지 분실됐는지, 순서가 섞였는지 알 수가 없다는 뜻이다. 이러한 패킷 전송의 신뢰성과 패킷의 정확한 순서를 보장하기 위해 사용하는 것이 TCP이다.

 

 

[ TCP Flow ]

TCP는 크게 다음 3가지 흐름으로 구성되게 되며, 아래 그림을 참고하자.

1. 연결 생성 (Connection establishment)
2. 자료 전송 (Data transfer)
3. 연결 종료 (Connection termination)

TCP Flow - 3 way handshake, 4 way handshake

1. 연결 생성 (3-way-handshake)

TCP는 연결을 생성하기 위해, 3방향 핸드셰이크(3-way-handshake)를 사용한다.

• SYN: 클라이언트가 서버에게 SYN 메시지를 보낸다. 이 메시지에 포함된 시퀀스 번호는 클라이언트가 임의로 설정한 값 x.
• SYN-ACK: 서버가 클라이언트에게 SYN-ACK 메시지로 응답한다. 이 메시지에 포함된 시퀀스 번호는 서버가 임의로 설정한 값 y, 응답 번호는 (x + 1).
• ACK: 클라이언트가 서버에게 ACK 메시지를 보낸다. 이 메시지에 포함된 응답 번호는 (y + 1).

 

2. 자료 전송

TCP는 데이터를 받아들여 분할 한 뒤에, TCP 헤더를 붙여 TCP 세그먼트를 생성하고, 
이 TCP 세그먼트를 주고 받게 된다.

TCP 세그먼트 구조는 참고링크를 참고하자

 

3. 연결 종료(4-way-handshake)

TCP는 연결을 종료하기 위해, 4방향 핸드셰이크를 사용한다.

• STEP 1 : 클라이언트가 연결 종료하겠다는 FIN 플래그를 전달한다. 이때 클라이언트는 FIN_WAIT1 상태가 된다.
• STEP 2 : 서버는 FIN플래그를 받고, 일단 확인메시지 ACK 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리게 된다. 
                  이때 서버는 CLOSE_WAIT 상태가 된다.
• STEP 3 : 연결을 종료할 준비가 되면, 연결해지를 위한 준비가 되었음을 알리기 위해  클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.
                  이때 서버는 LAST_ACK가 된다.
• STEP 4 : 클라이언트는 해지준비가 되었다는 ACK를 확인했다는 메시지를 보낸다.
                  A클라이언트의 상태가 FIN-WAIT ->TIME-WAIT 으로 변경된다.

 

[ TCP 특징 ]

위에서 설명한 것처럼 TCP는 여러 인증 절차를 통해 전달 확인 및 순차 보장 기능을 제공 할 수 있다. 

하지만, 이러한 절차 때문에, UDP에 비해 속도가 느리다는 단점이 있게 된다.

 

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UDP(User Datagram Protocol)?

UDP는 비연결형 프로토콜이라고 합니다. 즉, 연결을 위한 논리적인 경로가 없고, 그에 따라 각각의 패킷이 다른 경로로 전송 될 수 있게 됩니다. 각각의 패킷은 독립적이기 때문에, 데이터의 순서를 보장 할 수 없게 됩니다.

출처: 망나니 개발자 블로그

 

비 전공자인 내가 언뜻 보기에는 순서도 보장 못한다면 TCP를 써야지 이런 프로토콜을 왜쓰지? 라는 생각이 들었지만, 
단점이 있으면 장점이 있기 마련이다.

 

TCP에서 우리는 열심히 악수를 하면서 순서보장, 전송보장을 했지만, 그 만큼 시간이 소요되게 됐다.

하지만, UDP에서는 UDP 헤더의 CheckSum 필드로 최소한의 오류만을 체크 하기 때문에, TCP 보다 속도가 빠르게 된다!

 

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TCP vs UDP 비교

	TCP	UDP
신뢰성(수신여부 확인)	메시지 수신 확인 → 신뢰성 높음	메시지 수신 확인 하지 않음 → 신뢰성 낮음
순서 정렬	전송 순서 보장	전송 순서 보장하지 못함
연결 방식	연결형 서비스(패킷 교환 방식)	비 연결형 서비스(데이터 그램 방식)
속도	느리다	빠르다
사용처	속도보다 신뢰성이 중요한 서비스 e.g. 파일 전송 시스템	신뢰성 보다는 연속성, 즉 속도가 중요한 서비스 e.g. 스트리밍, 게임 서비스