TCP & UDP의 차이와 3,4 way handshake 알아보기

⭐️UDP

• 개념

신뢰성보다 속도와 효율성을 중요시할 때 사용하는 전송 계층 프로토콜

 

• 특징

1. TCP와 달리 UDP는 연결 지향형이 아닙니다.

그래서, 3 way handshake 와 4 way handshake 가 없기 때문에 속도가 빠릅니다.

 

2. 1:N , N:N 통신이 가능해서 DNS 프로토콜과 스트리밍 서비스에 적합합니다.

 

3. 데이터의 신뢰성을 보장하지 않습니다.

단지 체크섬을 통해 수신된 패킷의 오류 여부 정도만을 알 수 있습니다.

 

- 체크섬 ?

UDP 데이터그램의 무결성을 위해 사용되는 것 입니다.

체크섬은 송신할 데이터그램을 16비트 단위로 나누고, 모두 더한 다음 1의 보수를 취해서 만들어 집니다.

만들어진 값을 UDP헤더의 체크섬 필드에 넣어 전송 합니다. 

수신자는 수신한 데이터그램에 대해 동일한 방식으로 체크섬을 만들고 헤더의 체크섬과 일치 하는지 비교함으로써 수신된 데이터그램의 오류를 검출할 수 있습니다.

UDP 데이터그램 헤더

 

이러한 체크섬 필드는 IP주소가 무엇이냐에 따라 선택과 필수로 나뉘어집니다.

IPv4 주소 체계 에서 Source port 와 Checksum 은 선택이고, Destinaion port , Length 는 필수입니다.

IPv6 에서 Source port 만 선택이고, 나머지 필드는 필수입니다.

* IPv4 : 192.168.1.1 처럼 점(.)으로 구분된 4개의 10진수로 표현되는 32비트 주소 체계(10진수 1개당 8비트로 표현)입니다.

* IPv6 : 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 처럼 콜론(:)으로 구분된 8개의 16진수로 표현되는 128비트 주소 체계(16진수 1개당 16비트로 표현)입니다.

 

⭐️TCP

• 개념

데이터의 신뢰성과 순서를 중요시할 때 사용하는 전송 계층 프로토콜입니다.

 

• 특징

1. TCP는 연결 지향형 입니다.

통신 하기 전 연결을 수립하는 과정을 3 way handshake, 통신을 끝내고 연결을 종료하는 과정을 4 way handshake 가 있습니다.

 

2. 데이터의 신뢰성을 보장합니다.

체크섬 필드를 사용해 데이터의 무결성을 검증합니다.

누적ACK 방식으로 수신 측에서 패킷을 잘 받았는지 확인하고, 만약 중복된 3개의 ACK 또는 타임아웃이 발생하면 빠른 재전송으로 패킷을 재전송합니다.

 

3. Sequence Number 를 사용해서 데이터의 순서를 보장합니다

 

4. 수신측의 window size 를 가지고 흐름 제어를 합니다.

 

5. 송신 측은 네트워크 혼잡도를 측정하여 혼잡 제어를 합니다. 

 

⭐️TCP - 3 way handshake

3 way handshake 는 3개의 패킷을 주고 받으며 사전 연결 설정을 수립하는 3단계 과정입니다.

TCP헤더

 

1단계 : 클라이언트 → 서버 (SYN)

클라이언트는 TCP헤더의 SYN 플래그 비트를 1로 설정합니다. 무작위의 sequence 번호(ex. A)를 세그먼트에 넣어서 서버에게 보냅니다.

 

2단계 : 서버 → 클라이언트 (SYN-ACK)

서버는 SYN 플래그와 ACK 플래그의 비트를 1로 설정합니다.

Acknowledgement Number 필드에는 수신된 sequence 번호보다 하나 더 큰 값(ex. A + 1)을 설정하고,

sequece number 필드에는 무작위의 번호(ex. Z)를 담고, 해당 세그먼트를 클라이언트에게 전송합니다.

 

3단계 : 클라이언트 → 서버 (ACK)

마지막으로 클라이언트는 ACK를 서버로 다시 보냅니다.

Acknowlegment number 는 서버가 보낸 sequence number 필드 값(Z) 에 1을 더한 Z + 1 로 설정됩니다.

sequece number 필드에는 서버가 보낸 Acknowledgement number 필드 값이었던 A + 1 로 설정합니다.

이 때, 전송할 데이터가 있으면 이 단계에서 데이터를 전송하고, 서버는 클라이언트의 ACK 를 통해 현재 클라이언트가 alive 임을 확인합니다.

 

⭐️TCP - 4 way handshake

4개의 패킷을 주고 받으며 TCP 연결을 종료하는 과정입니다.

 

1단계 : 클라이언트 → 서버 (FIN)

클라이언트는 서버에게 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그를 1로 설정한 세그먼트를 보냅니다.

 

2단계 : 서버 → 클라이언트 (ACK)

서버는 클라이언트에게 FIN 에 대한 ACK 를 보냅니다.

ACK 를 받은 클라이언트는 포트 상태를 FIN_WAIT_2 로 바꾸고, 서버의 FIN 패킷을 기다립니다.

 

3단계 : 서버 → 클라이언트 (FIN)

서버가 클라이언트에게 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 보냅니다.

 

4단계 : 클라이언트 → 서버 (ACK)

클라이언트는 서버의 종료 요청에 응답하여 마지막 ACK를 보내고, 마지막 ACK를 수신한 서버는 포트를 닫습니다.