WeeklyPaper: 전송 계층에서 TCP와 UDP의 차이점은 무엇이며, 각각 어떤 상황에서 사용하는 것이 적절한가요?
전송 계층은 데이터가 올바른 대상 애플리케이션에 전달되도록 보장하는 역할을 한다. 이 계층의 가장 대표적인 두 프로토콜은 TCP와 UDP다. 두 프로토콜은 명확한 차이점을 가지고 각각 다른 상황에 사용하는 것이 적절하다.
복습을 위해 OSI 7 Layer, TCP/IP 4 Layer에 관한 다이어그램을 가져왔다:
TCP (Transmission Control Protocol)
TCP는 연결 지향(Connection-Oriented) 프로토콜이다. 데이터를 전송하기 전에 반드시 상대방과 3-way handshake를 통해 연결을 설정하고, 4-way handshake를 통해 해제한다. 신뢰성을 최우선으로 하는게 특징이다.
연결 지향이라는 것은, 패킷을 전송하기 위해 논리적 경로를 배정한다는 것이다. 3-way handshake과정은 목적지와 수신지를 확실히 하여 정확한 전송을 보장하기 위해서 세션을 수립하는 과정을 의미한다.
📌 패킷이란?
인터넷 내에서 데이터를 보내기 위한 경로배정(라우팅)을 효율적으로 하기 위해서 데이터를 여러 개의 조각들로 나누어 전송을 한다. 이 조각을 패킷이라고 한다.
📌 IP vs TCP?
IP와 TCP 둘다 프로토콜이지만 둘은 다르다. IP는 패킷에 출발지 IP 주소와 목적지 IP 주소를 붙여서, 그 주소를 보고 데이터를 올바른 목적지로 전달(라우팅)하는 것이다. 반면에 TCP는 IP 위에서 작동하고, IP가 보장하지 못하는 신뢰성과 순서를 보장하는 역할을 한다.
TCP 특징:
- 패킷에 순서를 부여하여 수신 측에서 올바른 순서로 재조립한다.
- 데이터가 누락되거나 손상되면 수신 측이 이를 감지하고 송신 측에 재전송을 요청한다.
- 수신 측이 처리할 수 있는 속도에 맞춰 송신 측의 데이터 전송량을 조절한다.
- 네트워크가 혼잡할 때 전송 속도를 조절하여 네트워크 과부하를 방지한다.
이처럼 신뢰성을 보장하기 위한 부가 기능이 많아 UDP보다 상대적으로 전송 속도가 느리다.
적절한 상황: 데이터의 신뢰성이 속도보다 중요하고, 데이터 유실이 치명적인 서비스에 사용한다.
- 웹 브라우징 (HTTP/HTTPS): 웹페이지의 모든 구성 요소(HTML, 이미지)가 빠짐없이 로드되어야 한다.
- 이메일 전송 (SMTP, IMAP): 이메일 내용이 누락되거나 손상되면 안 된다.
- 파일 전송 (FTP, SSH): 파일이 원본과 100% 동일하게 전송되어야 한다.
- 데이터베이스 연결: 쿼리나 트랜잭션 데이터가 정확하게 전달되어야 한다.
UDP (User Datagram Protocol)
UDP는 비연결 지향(Connectionless) 프로토콜이다. 연결 설정 과정 없이 일방적으로 데이터를 전송한다.
속도와 단순성을 최우선으로 한다. TCP가 제공하는 신뢰성 보장 기능(순서 보장, 재전송, 흐름 제어 등)이 전혀 없다.
비연결 지향이라는 것은, 연결을 위해 할당되는 논리적인 경로가 없다는 것이다. 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되고 독립적인 관계를 지니게 된다. 또한 비연결형 서비스이기 때문에 3 way handshake와 같은 연결을 설정하고 해체하는 과정도 존재하지 않는다.
- 데이터를 그저 최선을 다해(Best-Effort) 전송할 뿐, 도착 순서나 수신 여부를 보장하지 않는다.
- 데이터가 중간에 유실될 수도, 순서가 뒤바뀌어 도착할 수도 있다. 흐름 제어 (flow control)가 없어서 패킷이 제대로 전송되었는지, 오류가 없는지 확인할 수 없다.
- 헤더 구조가 매우 단순하여(고정 8바이트) 오버헤드가 적고 전송 속도가 매우 빠르다.
이러한 특징들 때문에 신뢰성이 낮고, TCP보다 부가 기능이 적어서 속도가 더 빠르다.
UDP가 적절한 상황: 약간의 데이터 유실을 감수하더라도 빠른 속도와 실시간성이 중요한 서비스에 사용한다.
- 실시간 스트리밍 (온라인 게임, 라이브 방송): 일부 프레임이 깨지더라도(유실), 멈추지 않고 계속 재생하는 것이 더 중요하다.
- 음성/영상 통화 (VoIP): 지연(latency)을 최소화하여 실시간 대화가 가능해야 한다.
- DNS (Domain Name System): 매우 빠르고 간단한 요청/응답(이름 변환)에 사용된다.
TCP와 UDP의 핵심 차이점
| 구분 | TCP (Transmission Control Protocol) | UDP (User Datagram Protocol) |
| 연결 방식 | 연결 지향 (연결 후 데이터 전송) | 비연결 지향 (연결 없이 즉시 전송) |
| 신뢰성 | 높음 (데이터 전송 보장) | 낮음 (전송 보장 없음) |
| 순서 보장 | O (데이터 순서를 보장) | X (데이터 순서가 바뀔 수 있음) |
| 제어 기능 | 흐름 제어, 혼잡 제어 (O) | 제어 기능 없음 (X) |
| 속도 | 상대적으로 느림 (신뢰성 확보 오버헤드) | 상대적으로 빠름 (오버헤드 적음) |
| 핵심 키워드 | 신뢰성, 안정성, 순서 보장 | 속도, 실시간성, 단순함 |
자료
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