📚 [CS면접] 웹 면접 질문 [17] [TCP/UDP]

1. TCP / UDP

TCP와 UDP는 OSI의 4계층이자 TCP/IP의 전송 계층에서 사용하는 프로토콜이다. 

전송계층은 송신자와 수신자를 연결하는 통신서비스를 제공하는 계층으로, 쉽게 말해서 데이터의 전달을 담당한다. 

tcp/udp

TCP (Transmission Control Protocol) 

정의는 인터넷상에서 데이터를 메세지 형태로 보내기 위해 IP와 함꼐 사용하는 프로토콜이다.

 

TCP의 특징

- 연결 지향 방식으로 패킷 교환 방식을 사용

- 3-way handshake 과정을 통해 연결을 설정하고 4-way handshake를 통해 해제

- 흐름 제어 및 혼잡 제어

- 높은 신뢰성 (IP 프로토콜에서는 신뢰성을 보장하지 않으므로 TCP에서 신뢰성 보장)

- UDP보다 속도가 느림

가상회선 패킷 교환 방식

 

TCP의 연결 과정 (3-way handshake)

- SYN(synchronize sequence numbers) : 연결 확인을 보내는 무작위의 숫자 값

- ACK(acknowledgements) : Client 혹는 Server로부터 받은 SYN에 1을 더해 SYN을 잘 받았다는 ACK

3-way handshaking

 

CLOSED :연결 수립을 시작하기 전의 기본 상태

LISTEN : 포트가 열린 상태로 연결 요청 대기중

SYN-SENT : SYN을 요청한 상태

SYN-RECEIVED :SYN 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중

ESTABLISHED : 연결 수립이 완료된 상태, 서로 데이터를 교환할 수 있음

 

1. 클라이언트가 SYN을 서버로 보내고 SYN-SENT 상태로 대기한다.

2. 서버는 LISTEN에서 SYN-RECEIVED 상태로 변경하고 SYN과 응답 ACK를 클라이언트에게 보낸다.

3. SYN과 응답 ACK를 받은 클라이언트는 ESTABLISHED 상태로 변경하고 서버에게 응답 ACK를 보낸다.

4. ACK를 받은 서버는 ESTABLISHED 상태로 변경하면 연결이 성공적으로 이루어진다.

 

간단히 말하면 이런 그림이라고 설명할 수 있다.

SYN + ACK

 

TCP의 연결 해제 과정 (4-way handshaking)

4-way handshaking

 

ESTABLISHED : 연결 수립이 완료된 상태, 서로 데이터를 교환할 수 있음

FIN-WAIT-1 : 자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 기다리거나 상대방의 FIN을 기다림

FIN-WAIT-2 : 자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 받았고, 상대방의 FIN을 기다림

CLOSE-WAIT : 상대방의 FIN을 받은 상태. 상대방 FIN에 대한 ACK를 보내고 어플리케이션에 종료를 알림

LAST-ACK : CLOSE-WAIT 상태를 처리 후 FIN 요청을 보낸 후 FIN에 대한 ACK를 기다리는 상태

TIME-WAIT : 모든 FIN에 대한 ACK를 받고 연결 종료가 완료된 상태, 새 연결과 겹치지 않도록 일정 시간 기다린 후 CLOSED로 전이

CLOSED : 연결 수립을 시작하기 전의 기본 상태

 

※ TIME-WAIT : 먼저 연결을 끊는 쪽에서 생성되는 소켓으로, 혹시 모를 전송 실패에 대비하기 위해 존재하는 소켓이며,

TIME-WAIT이 없다면, 패킷의 손실이 발생하거나 통신자 간 연결 해제가 제대로 되지 않을 수 있다.

연결을 해제 하는데 이 과정이 있기 때문에 연결할 때와 다른 방식이다.

 

1. 먼저 close를 실행한 클라이언트가 FIN을 보내고 FIN-WAIT-1상태로 대기

2. 서버는 CLOSE-WAIT으로 바꾸고 응답 ACK를 전달한다. 동시에 해당 포트에 연결되어 있는 애플리케이션에게 close를 요청

3. ACK를 받은 클라이언트는 상태를 FIN-WAIT-2로 변경

4. close 요청을 받은 서버 애플리케이션은 종료 프로세스를 진행하고 FIN을 클라이언트로 보내 LAST-ACK 상태로 바꿈

5. FIN을 받은 클라이언트는 ACK를 서버에 다시 전송하고 TIME-WAIT으로 상태를 바꿈

TIME-WAIT에서 일정 시간이 지나면 CLOSE 된다. ACK를 받은 서버도 포트를 CLOSED로 닫는다.

 

 

UDP (User Datagram Protocol)

UDP는 비연결형 프로토콜이다. 연결을 위해 핟랑되는 논리적인 경로가 없고 각각의 패킷은 다른 경로로 전송되며, 독립적인 관계를 지닌다.

데이터그램 패킷 교환 방

UDP의 특징

- 비연결형 서비스로 데이터그램 방식을 제공 : 데이터의 전송 순서가 바뀔 수 있음

- 데이터의 수신 여부를 확인하지 않음 

- 신뢰성이 낮음

-TCP보다 속도가 빠름

- 1:1, 1:N, N:N 통신이 가능

 

주로 실시간 서비스(Streaming)에 자주 사용된다.