TCP / UDP

TCP 통신 단계

• TCP는 통신(데이터 송수신)하기 전에 연결을 수립하고 통신이 끝나면 연결을 종료

 

✔ MSS(Maximum Segment Size)

• MSS: TCP로 전송할 수 있는 최대 페이로드 크기
• TCP 헤더 크기는 제외

 

TCP 세그먼트 구조

✅ 송신지 포트, 수신지 포트

• 송수신하는 포트 번호

 

✅ 순서 번호(sequence number)

• 순서 번호가 명시되는 필드
• 순서 번호: 송수신되는 세그먼트 데이터의 첫 바이트에 부여되는 번호
  - 세그먼트의 올바른 송수신 순서를 보장하기 위한 번호

✔ 순서 번호 = 초기 순서 번호 + 송신한 바이트 수

• (예시) 초기 순서 번호(ISN, Initial Sequence Number)는 무작위 값
• 세그먼트 B의 순서 번호는 초기 순서 번호인 100에서 500바이트 떨어진 셈이므로 600
• 세그먼트 C의 순서 번호는 초기 순서 번호로부터 1000바이트 떨어진 1100
• 세그먼트 D의 순서 번호는 초기 순서 번호로부터 1500바이트 떨어진 1600

 

✅ 확인 응답 번호(acknowledgment number)

• 상대 호스트가 보낸 세그먼트에 대한 응답
• 다음으로 수신하기를 기대하는 순서 번호가 명시

수신자가 다음으로 받기를 기대하는 순서 번호 (일반적으로 '수신한 순서 번호 + 1')
확인 응답 번호 값을 보내기 위해서는 제어 비트에서 승인을 나타내는 비트인 ACK 플래그를 1로 설정

 

✅ 제어 비트(control bits) / 플래그 비트(flag bits)

• 현재 세그먼트에 대한 부가 정보
• 기본적으로 8비트로 구성

- ACK: 세그먼트의 승인을 나타내기 위한 비트
- SYN: 연결을 수립하기 위한 비트
- FIN: 연결을 종료하기 위한 비트

 

✅ 윈도우(window)

• 수신 윈도우(한 번에 수신하고자 하는 데이터의 양)의 크기가 명시

 

TCP 연결 수립과 종료

✅ 연결 수립: 쓰리 웨이 핸드셰이크

• 쓰리 웨이 핸드셰이크(three-way handshake): 세 개의 단계로 이루어진 TCP의 연결 수립 과정
  e.g.) 호스트 A와 B가 쓰리 웨이 핸드셰이크를 한다고 가정

 

• 액티브 오픈(active open): 연결 시작 호스트의 연결 수립 과정
• 패시브 오픈(passive open): 연결 수락 호스트의 연결 수립 과정

 

✅ 연결 종료

• 송수신 호스트가 각자 한 번씩 FIN과 ACK를 주고받으며 TCP 연결 종료
• 네 단계로 연결을 종료한다는 점에서 포 웨이 핸드셰이크(four-way handshake)라고 부르기도 함

 

• 액티브 클로즈(active close): 종료 시작 호스트의 종료 과정
• 패시브 클로즈(passive close): 종료 수락 호스트의 종료 과정

 

TCP 상태

• 상태(state): 현재 어떤 통신 과정에 있는지를 나타내는 정보
• 상태를 유지하고 활용하는 TCP: 스테이트풀(stateful) 프로토콜

 

TCP 상태의 유형

 

① 연결이 수립되지 않은 상태
② 연결 수립 과정에서 주로 볼 수 있는 상태
③ 연결 종료 과정에서 주로 볼 수 있는 상태

 

✅ 연결이 수립되지 않은 상태

• CLOSED: 아무런 연결이 없는 상태
• LISTEN: 일종의 연결 대기 상태 (SYN 세그먼트를 기다리는 상태)
  - 서버로서 동작하는 패시브 오픈 호스트는 일반적으로 LISTEN 상태 유지
  - LISTEN 호스트에게 SYN 세그먼트를 보내면 쓰리 웨이 핸드셰이크 시작

 

✅ 연결 수립 상태

• SYN-SENT

- 연결 요청을 보낸 뒤 대기하는 상태
- 액티브 오픈 호스트가 SYN 세그먼트를 보낸 뒤 그에 대한 응답인 SYN + ACK 세그먼트를 기다리는 상태

 

• SYN-RECEIVED

- 패시브 오픈 호스트가 SYN + ACK 세그먼트를 보낸 뒤 그에 대한 ACK 세그먼트를 기다리는 상태

 

• ESTABLISHED

- 연결이 확립되었음을 나타내는 상태

 

✅ 연결 종료 상태

• FIN-WAIT-1

- 일반적인 TCP 연결 종료 과정에 있어 FIN-WAIT-1은 연결 종료의 첫 단계

 

• CLOSE-WAIT

- 종료 요청인 FIN 세그먼트를 받은 패시브 클로즈 호스트가 그에 대한 응답으로 ACK 세그먼트를 보낸 후 대기하는 상태

 

• FIN-WAIT-2

- FIN-WAIT-1 상태에서 ACK 세그먼트를 받고 상대 호스트의 FIN 세그먼트를 기다리는 상태

 

• LAST-ACK

- CLOSE-WAIT 상태에서 FIN 세그먼트를 전송한 뒤 이에 대한 ACK 세그먼트를 기다리는 상태

 

• TIME-WAIT

- 액티브 클로즈 호스트가 FIN 세그먼트를 수신한 뒤, 이에 대한 ACK 세그먼트를 전송한 뒤 접어드는 상태
- 패시브 클로즈 호스트는 마지막 ACK 세그먼트를 수신하면 CLOSED 상태로 전이
- TIME-WAIT 상태의 액티브 클로즈 호스트는 일정 시간을 기다린 뒤 CLOSED 상태로 전이

 

✔ UDP

UDP 데이터그램의 구조

• UDP는 TCP와 달리 비연결형 통신을 수행하는 신뢰할 수 없는 프로토콜
• 연결 수립 및 해제, 재전송을 통한 오류 제어, 혼잡 제어, 흐름 제어 등을 수행 X
• 상태를 유지하지도 않음: 스테이트리스(stateless) 프로토콜
• UDP는 TCP에 비해 적은 오버헤드로 패킷을 빠르게 처리
  - 주로 실시간 스트리밍 서비스, 인터넷 전화처럼 실시간성이 강조되는 상황에서 TCP보다 더 많이 쓰임

 

 

출처

• 개발자를 위한 컴퓨터공학 2: 혼자 공부하는 네트워크