TCP UDP 차이

TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)는 인터넷에서 데이터를 전송하는 두 가지 주요 전송 계층 프로토콜입니다.
이 둘은 근본적으로 다르게 동작하며, 각자의 장점과 단점이 있어 사용 목적에 따라 적절한 프로토콜을 선택해야 합니다.

TCP와 UDP의 개념 및 기본 차이점

TCP (Transmission Control Protocol)

• 신뢰성이 높은 전송 프로토콜
• 데이터가 순서대로 도착하도록 보장
• 패킷 손실이 발생하면 재전송하여 복구
• 연결 지향형 (Connection-Oriented) 프로토콜
• 웹 브라우징, 이메일, 파일 전송 같은 정확한 데이터 전송이 중요한 경우에 사용됨

UDP (User Datagram Protocol)

• 속도가 빠른 전송 프로토콜
• 데이터의 순서를 보장하지 않음
• 패킷 손실이 발생해도 재전송하지 않음
• 비연결형 (Connectionless) 프로토콜
• 온라인 게임, 동영상 스트리밍, VoIP(인터넷 전화) 등 실시간성이 중요한 경우에 사용됨

TCP와 UDP 비교 요약

TCP 상세 구조 및 특징

TCP는 연결을 설정한 후 데이터 전송을 수행하며, 데이터의 신뢰성을 보장하는 프로토콜입니다.

TCP의 주요 특징

1. 3-Way Handshake (연결 설정)

   • TCP는 데이터를 전송하기 전에 송신자와 수신자가 서로 연결을 설정해야 합니다.
   • SYN -> SYN-ACK -> ACK의 과정으로 연결이 형성됩니다.

2. 데이터 순서 보장

   • TCP는 순서 번호(Sequence Number)를 사용하여 데이터가 올바른 순서로 도착하도록 보장합니다.

3. 오류 검출 및 재전송

   • 데이터가 손실되면 송신자는 재전송하여 복구합니다.
   • ACK (Acknowledgment) 패킷을 통해 데이터가 정상적으로 도착했는지 확인합니다.

4. 흐름 제어 (Flow Control)

   • 수신자의 처리 속도에 맞춰 송신자가 전송 속도를 조절합니다.
   • 윈도우 크기(Window Size)를 기반으로 데이터 전송량을 조절합니다.

5. 혼잡 제어 (Congestion Control)

   • 네트워크가 혼잡할 경우 속도를 조절하여 네트워크 부하를 줄입니다.
   • 대표적인 알고리즘:
     • Slow Start
     • Congestion Avoidance
     • Fast Retransmit & Fast Recovery

6. 4-Way Handshake (연결 해제)

   • TCP 연결을 종료할 때는 FIN, ACK 과정을 거칩니다.
   • FIN -> ACK -> FIN -> ACK 순서로 연결이 해제됩니다.

TCP의 장점과 단점

UDP 상세 구조 및 특징

UDP는 연결을 설정하지 않고 데이터를 빠르게 전송하는 비연결형 프로토콜입니다.
데이터가 손실되거나 순서가 바뀌어도 복구하지 않기 때문에 속도가 빠릅니다.

UDP의 주요 특징

1. 비연결형(Connectionless)

   • 송·수신 간에 연결을 설정하지 않고 바로 데이터를 보냅니다.
   • TCP처럼 3-Way Handshake 과정이 없으므로 지연 시간이 적습니다.

2. 빠른 전송 속도

   • 오류 검출 및 복구 기능이 없기 때문에 TCP보다 빠르게 전송할 수 있습니다.

3. 순서 보장 없음

   • 패킷이 도착하는 순서를 보장하지 않으며, 중간에 손실될 수도 있습니다.
   • 실시간 서비스(VoIP, 게임, 스트리밍)에서는 중요한 데이터만 빠르게 보내는 것이 중요하기 때문에 UDP가 더 적합합니다.

4. 오류 복구 없음

   • TCP는 데이터 손실 시 재전송하지만, UDP는 손실된 데이터에 대한 재전송을 하지 않습니다.
   • 일부 응용 프로그램(DNS, 스트리밍 등)은 손실된 데이터를 복구하지 않고, 그냥 다음 데이터를 전송합니다.

UDP의 장점과 단점

TCP와 UDP의 활용 사례

인터넷과 네트워크 환경에서는 TCP와 UDP를 각각의 특성에 맞게 활용합니다.
TCP는 신뢰성이 중요한 서비스에, UDP는 속도가 중요한 서비스에 적합합니다.
이제 각각의 활용 사례를 아주 자세히 살펴보겠습니다.

TCP 활용 사례

TCP는 데이터의 정확성과 신뢰성이 필요한 상황에서 사용됩니다.
패킷이 손실되면 재전송하여 완전한 데이터가 전달되도록 보장합니다.

웹사이트 접속 (HTTP/HTTPS)

왜 TCP를 사용할까?

• 웹페이지는 완전한 형태로 사용자에게 제공되어야 합니다.
• 이미지, 텍스트, 동영상 등 모든 데이터가 손실 없이 로딩되어야 합니다.
• 데이터가 순서대로 도착해야 브라우저가 제대로 렌더링할 수 있습니다.

TCP의 역할

1. 사용자가 www.example.com에 접속하면 TCP 3-Way Handshake를 통해 연결이 설정됩니다.
2. 서버가 HTML, CSS, JavaScript 파일을 차례대로 클라이언트에 전송합니다.
3. 만약 패킷이 손실되면 TCP가 자동으로 재전송하여 정상적으로 데이터를 받습니다.
4. 웹페이지가 로딩된 후, TCP 4-Way Handshake를 통해 연결이 종료됩니다.

이메일 전송 (SMTP, IMAP, POP3)

왜 TCP를 사용할까?

• 이메일은 정확하게 전달되어야 하며, 중간에 데이터가 손실되면 안 됩니다.
• 메일을 읽거나 보낼 때, 순서가 중요하므로 TCP가 적합합니다.

TCP의 역할

1. 사용자가 이메일을 작성하고 전송(SMTP 사용)하면, TCP가 신뢰성 있게 서버에 전달합니다.
2. 수신자가 메일을 받을 때, POP3 또는 IMAP을 사용하여 데이터가 정상적으로 도착했는지 확인합니다.
3. 모든 데이터가 도착한 후, TCP 연결이 종료됩니다.

파일 전송 (FTP, SFTP)

왜 TCP를 사용할까?

• 파일 전송에서 데이터 손실이 발생하면, 손상된 파일이 전송될 수 있습니다.
• 파일을 받을 때 순서가 뒤섞이면 정상적으로 실행되지 않습니다.

TCP의 역할

1. 사용자가 FTP 클라이언트를 사용하여 서버에서 파일을 다운로드합니다.
2. 서버는 파일을 작은 데이터 블록(TCP 세그먼트)으로 나누어 클라이언트에 전송합니다.
3. 만약 데이터 손실이 발생하면 TCP가 재전송하여 데이터의 완전성을 보장합니다.
4. 파일이 정상적으로 다운로드되면 TCP 연결이 종료됩니다.

원격 접속 (SSH, Telnet)

왜 TCP를 사용할까?

• 원격 서버에 접속할 때, 입력한 명령어가 정확하게 전달되어야 합니다.
• 패킷이 손실되면 오작동이 발생할 수 있습니다.

TCP의 역할

1. 사용자가 SSH 또는 Telnet을 통해 원격 서버에 접속합니다.
2. 사용자가 입력한 명령어는 TCP를 통해 신뢰성 있게 전달됩니다.
3. 서버가 응답할 때도 손실 없이 정확한 데이터를 클라이언트에 보내야 합니다.
4. 사용자가 연결을 종료하면 TCP 연결이 해제됩니다.

UDP 활용 사례 (속도가 중요한 서비스)

UDP는 빠른 응답이 필요한 실시간 서비스에서 사용됩니다.
패킷이 손실될 가능성이 있지만, 속도가 중요한 경우에는 이를 감수합니다.

온라인 게임

왜 UDP를 사용할까?

• 게임에서 빠른 반응 속도(지연 시간, Latency)가 중요합니다.
• TCP처럼 재전송을 하면, 게임 캐릭터가 순간이동하거나 끊길 수 있습니다.
• 일부 데이터가 손실되더라도 실시간 동작이 더 중요합니다.

UDP의 역할

1. 플레이어가 게임에서 움직이거나 공격을 하면 UDP 패킷으로 빠르게 서버에 전송됩니다.
2. 서버는 위치 정보를 다른 플레이어에게 즉시 전송하여 실시간으로 동작하게 합니다.
3. 일부 패킷이 손실되더라도, 게임은 다음 패킷으로 진행되므로 문제가 없습니다.

📌 UDP가 사용되는 게임 유형

• FPS 게임 (예: Call of Duty, Counter-Strike)
• MOBA 게임 (예: League of Legends, Dota 2)
• 온라인 MMORPG (예: World of Warcraft, Final Fantasy XIV)

동영상 스트리밍 (YouTube, Netflix, Twitch)

왜 UDP를 사용할까?

• 동영상 재생에서 몇 개의 프레임이 손실되더라도 영상은 계속 재생됩니다.
• TCP처럼 패킷을 재전송하면, 버퍼링이 길어지고 사용자 경험이 나빠질 수 있습니다.

UDP의 역할

1. 스트리밍 서버가 UDP 패킷을 사용하여 동영상을 빠르게 전송합니다.
2. 플레이어는 손실된 데이터가 있더라도 다음 프레임을 계속 렌더링합니다.
3. 이를 통해 끊김 없이 부드러운 영상이 재생됩니다.

📌 UDP가 사용되는 스트리밍 서비스

• YouTube, Netflix, Twitch, Disney+
• 인터넷 라디오, 팟캐스트 스트리밍

음성/영상 통화 (VoIP, Zoom, Skype, FaceTime)

왜 UDP를 사용할까?

• 통화 중 약간의 음성 손실이 발생해도 대화의 흐름이 끊기지 않는 것이 중요합니다.
• TCP처럼 패킷을 재전송하면 딜레이가 발생하여 자연스러운 대화가 어렵습니다.

UDP의 역할

1. 사용자의 음성이 UDP 패킷으로 빠르게 전송됩니다.
2. 네트워크 문제로 일부 패킷이 손실되더라도 오디오 또는 비디오 스트림이 계속 진행됩니다.
3. 이를 통해 실시간 대화가 가능해집니다.

📌 UDP가 사용되는 VoIP 서비스

• Zoom, Skype, FaceTime, WhatsApp Call
• Google Meet, Microsoft Teams

DNS (Domain Name System)

왜 UDP를 사용할까?

• DNS 요청은 작은 데이터(보통 512바이트 이하)이며, 빠른 응답이 중요합니다.
• TCP를 사용하면 응답 속도가 느려질 수 있으므로 UDP를 기본적으로 사용합니다.

UDP의 역할

1. 사용자가 브라우저에서 www.example.com을 입력하면 DNS 서버에 UDP 요청을 보냅니다.
2. DNS 서버는 해당 도메인의 IP 주소를 찾아 UDP 응답을 보냅니다.
3. 응답이 손실되면 클라이언트가 다시 요청하므로 재전송 기능이 필요 없습니다.

📌 DNS의 TCP 예외

• 큰 크기의 응답을 보내야 할 때는 TCP를 사용할 수도 있습니다.
• 예: DNS 영역 전송(Zone Transfer)

결론

• TCP는 신뢰성이 필요한 데이터 전송(웹사이트, 이메일, 파일 전송)에서 사용됩니다.
• UDP는 속도가 중요한 실시간 서비스(게임, 스트리밍, VoIP)에서 사용됩니다.
• 둘 중 하나가 반드시 우월한 것은 아니며, 용도에 맞게 적절한 프로토콜을 선택해야 합니다.