02. TCP & UDP (4) - UDP 세부 - 특징, 사례, 동작 방식, 장단점 등

 

안녕하세요!

현재 TCP와 UDP에 대한 내용을 다루고 있으며 다섯 개의 섹션으로 진행 중 입니다.

순서는 아래와 같습니다.

 

1. Data에 대한 이해

2. OSI 7 Layer의 Protocol인 TCP와 TCP/IP의 TCP는 같은가?

3. TCP 알아보기

4. UDP 알아보기

5. 비교 및 정리 (왜 쓰는가, 어디에 쓰이는가, 무엇을 하는가, 어떻게 쓰는가)

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UDP는 TCP와는 다른 방식으로 데이터를 전송하는 프로토콜로, 연결 설정 과정 없이 빠르고 간단하게 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 신뢰성보다 속도와 실시간 처리가 중요한 애플리케이션에서 주로 활용됩니다.

 

목차는 아래와 같습니다.

01. UDP의 주요 특징

02. 주요 사용 사례

03. 헤더 구조

04. 동작 방식

05. 장점

06. 단점

07. UDP와 관련된 주요 프로토콜

08. UDP 네트워크 문제 해결

09. UDP 패킷 분석 도구

10. UDP와 TCP의 비교

11. UDP 요약

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1. UDP의 주요 특징

  

- 비연결형 프로토콜(Connectionless):
UDP는 데이터를 전송하기 위해 송신자와 수신자 사이에 연결을 설정하지 않습니다.
송신자는 수신자의 IP 주소와 포트 번호만 알면 데이터를 바로 전송할 수 있습니다.

  

- 신뢰성 없음(Unreliable):

UDP는 패킷이 손실되거나 순서가 뒤바뀌어도 이를 복구하는 기능이 없습니다.

수신 확인(ACK)이나 재전송 기능도 지원하지 않습니다.

  

- 오버헤드가 적음(Low Overhead):

UDP 헤더는 8바이트로, TCP보다 훨씬 간단하고 작은 크기의 헤더를 사용합니다.

이는 데이터 전송의 속도를 빠르게 하고, 추가적인 제어 기능이 필요 없는 애플리케이션에서 유리합니다.

  

- 실시간 전송에 적합:

신뢰성보다 빠른 전송이 중요한 실시간 애플리케이션(예: 비디오 스트리밍, VoIP, 온라인 게임)에서 주로 사용됩니다.

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2. UDP의 주요 사용 사례

 

- 스트리밍 서비스: 비디오나 오디오 스트리밍에서는 일부 패킷이 손실되더라도 전체 서비스에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 UDP가 자주 사용됩니다. 속도가 중요한 경우 TCP보다 유리합니다.  

 

- VoIP (Voice over IP): 음성 통화와 같은 실시간 커뮤니케이션에서는 짧은 지연 시간이 매우 중요합니다. 데이터를 빠르게 전송하는 UDP가 TCP보다 적합합니다.

  

- 온라인 게임: 실시간 온라인 게임에서는 신속한 반응이 필요하며, 일시적인 패킷 손실은 게임 플레이에 크게 영향을 미치지 않기 때문에 UDP가 자주 사용됩니다.

  

- DNS (Domain Name System): DNS 쿼리와 응답도 UDP를 사용합니다. 빠르게 쿼리하고 응답하는 것이 중요하며, 응답을 받지 못한 경우 다시 요청하면 되므로 신뢰성보다 속도가 우선입니다.

  

- SNMP (Simple Network Management Protocol): 네트워크 장치 관리 프로토콜로, 빠르고 가벼운 UDP를 사용하여 네트워크 상태를 모니터링하고 장치를 관리합니다.

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3. UDP 헤더 구조

  

UDP 헤더는 단순하며, 다음과 같은 4개의 필드로 구성되어 있습니다:

 

   - Source Port: 송신자의 포트 번호(16비트). 데이터를 보낼 때 송신자 측의 포트를 나타냅니다.

 

   - Destination Port: 수신자의 포트 번호(16비트). 데이터를 받을 수신자의 포트를 나타냅니다.

 

   - Length: UDP 헤더와 데이터의 총 길이(16비트). 전체 패킷의 크기를 나타냅니다.

 

   - Checksum: 오류 검출을 위한 값(16비트). 데이터가 손상되었는지 확인하는 데 사용됩니다.
                        선택적 필드로 IPv4에서는 필수는 아니지만, IPv6에서는 필수입니다.

 

+ Data : 실제 전송되는 데이터 부분

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4. UDP의 동작 방식  

- 데이터그램 전송:
UDP는 데이터를 여러 개의 작은 패킷(데이터그램)으로 나누어 전송합니다.
각 데이터그램은 독립적으로 처리되며, 수신자가 이를 조립하거나 순서를 복원하는 기능은 없습니다.

  

- 오류 복구 없음:
TCP와 달리 UDP는 데이터의 전송 상태를 추적하거나 패킷이 손실되었을 때 이를 복구하지 않습니다.
송신자는 데이터를 보내기만 하고, 수신자는 데이터가 잘 도착했는지에 대한 정보를 송신자에게 보내지 않습니다.

  

- 멀티캐스트 및 브로드캐스트:
UDP는 멀티캐스트와 브로드캐스트 전송에 적합합니다.
한 번의 전송으로 여러 수신자에게 데이터를 전달할 수 있습니다. 이는 네트워크 효율성을 높이는 데 유리합니다.

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5. UDP의 장점

 

- 빠른 데이터 전송:
연결 설정 과정이 없고 패킷 전송 후 확인 과정이 없기 때문에 매우 빠르게 데이터를 전송할 수 있습니다.

 

- 오버헤드가 적음:
TCP에 비해 헤더 크기가 작고 복잡한 제어 메커니즘이 없기 때문에 오버헤드가 적습니다.
이는 리소스가 제한된 네트워크 환경에서 유리합니다.

  

- 멀티캐스트 지원:
여러 수신자에게 데이터를 동시에 전송하는 멀티캐스트나 브로드캐스트 기능을 기본적으로 지원합니다.

  

- 비용 효율성: 데이터 전송에 필요한 리소스가 적어, 대규모 네트워크에서의 데이터 전송에 유리합니다.

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6. UDP의 단점

 

 - 신뢰성 부족:
데이터가 손실되거나 손상되어도 이를 감지하거나 복구할 방법이 없습니다.
네트워크가 혼잡하거나 품질이 낮은 경우 UDP를 사용하는 애플리케이션은 성능이 떨어질 수 있습니다.

  

- 데이터 순서 보장 불가:
패킷이 수신자에게 도착하는 순서를 보장하지 않으므로, 실시간 처리 애플리케이션에서 데이터가 혼란스러울 수 있습니다.

  

- 흐름 제어 및 혼잡 제어 부재:
송신자는 수신자의 상태를 알 수 없으며, 수신자가 데이터 처리를 완료하지 못하더라도 송신자는 계속해서 데이터를 전송합니다. 네트워크 혼잡 시 패킷 손실이 발생할 가능성이 높습니다.

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7. UDP와 관련된 주요 프로토콜

  

- TFTP (Trivial File Transfer Protocol):

간단한 파일 전송 프로토콜로 UDP를 사용합니다.

TCP보다 간단한 구조로 소규모 파일 전송에 적합합니다.

 

- RTP (Real-time Transport Protocol):

실시간 음성 및 비디오 전송에 주로 사용되는 프로토콜로, UDP를 기반으로 작동합니다.

RTP는 실시간 데이터를 효율적으로 전송하기 위한 추가 기능을 제공합니다.

  

- QUIC:

구글이 개발한 전송 계층 프로토콜로, UDP 위에서 동작하며, TCP의 장점인 신뢰성과 UDP의 장점인 빠른 속도를 결합한 프로토콜입니다. 최근 HTTP/3에서 채택되었습니다.

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8. UDP 네트워크 문제 해결

  

- 패킷 손실 문제: UDP는 패킷 손실에 대한 대처 방법이 없기 때문에 네트워크 품질이 나쁘거나 대역폭이 부족할 경우 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 이를 모니터링하고 개선하기 위해 네트워크 장비의 설정을 조정하거나 대역폭을 확장할 필요가 있습니다.

  

- QoS (Quality of Service): UDP 트래픽은 실시간 애플리케이션에서 중요하기 때문에 네트워크 장비에서 UDP 트래픽에 대한 우선순위를 설정하여 지연 시간을 최소화하는 것이 중요합니다.

  

- UDP 포트 검사: `netstat`, `ss`, `lsof` 같은 도구를 사용하여 UDP 포트를 모니터링하고 현재 어떤 포트가 사용 중인지 확인할 수 있습니다.

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9. UDP 패킷 분석 도구

  

- Wireshark: UDP 트래픽을 캡처, 분석하여 송수신된 패킷의 내용, 소스 및 목적지 IP, 포트 번호 등을 확인할 수 있습니다.

  

- tcpdump: 네트워크 트래픽을 모니터링하고 UDP 패킷을 필터링하여 분석할 수 있는 명령줄 기반 도구입니다.

  

- Netcat: UDP 포트를 테스트하거나 데이터를 송수신할 수 있는 간단한 도구입니다. 네트워크 문제 해결에 유용합니다.

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10. UDP와 TCP의 비교

 

연결 지향성: TCP는 연결을 설정한 후 데이터 전송을 시작하지만, UDP는 연결 설정 과정 없이 데이터를 즉시 전송합니다.

 

신뢰성: TCP는 데이터 전송의 신뢰성을 보장하기 위해 오류 검출, 재전송, 흐름 제어 등을 제공하지만, UDP는 이러한 기능이 없습니다.

 

속도: UDP는 TCP보다 빠르며, 오버헤드가 적기 때문에 더 적은 리소스를 사용합니다.

 

데이터 순서: TCP는 전송된 데이터가 순서대로 도착하도록 보장하지만, UDP는 수신자가 데이터를 받는 순서를 보장하지 않습니다.

 

사용 사례: TCP는 웹 브라우징, 파일 전송, 이메일 등 신뢰성 있는 데이터 전송이 필요한 경우에 사용되고, UDP는 VoIP, 온라인 게임, 비디오 스트리밍 등에서 사용됩니다.

 

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특징으로 요약해보면서 UDP에 대한 내용을 마칩니다.

  

1. UDP는 데이터 전송을 위한 송수신자 연결을 설정하지 않는 비연결형 프로토콜이다.

2. UDP는 송신자는 수신자의 IP 주소와 포트 번호만 알면 데이터를 바로 전송할 수 있다.

UDP의 특징과 다르게
'송수신자 연결을 설정한다'는 것은 주로 TCP와 같은 연결 지향형 프로토콜에서 이루어지는 과정이다.

송수신자 간의 연결을 설정하는 것은
데이터를 전송하기 전에 양쪽이 서로를 확인하고, 통신을 위한 일련의 절차를 거치는 것을 의미하는데,
이 과정에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하기 위해 다양한 제어 및 관리 메커니즘이 동작하는 것이다.

 

3. UDP는 패킷이 손실되거나 순서가 뒤바뀌어도 이를 복구하는 기능이 없고 수신 확인(ACK)이나 재전송 기능도 지원하지 않아 신뢰성이 없다고 평가된다.
4. UDP 헤더는 8바이트로, TCP보다 훨씬 간단하고 작은 크기의 헤더를 사용한다.

5. 이러한 헤더 구조는 데이터 전송의 속도를 빠르게 한다.

6. 그렇게 되면 지연시간, 리소스 사용의 효율성과 관련해 이점을 얻는다.
7. 따라서 신뢰성보다 빠른 전송이 중요하고, 추가적인 제어 기능이 필요 없는 실시간 애플리케이션(예: 비디오 스트리밍, VoIP, 온라인 게임)에서 주로 사용된다.

 

 

다음 글에서 TCP, UDP를 한 번 더 비교하면서 정리해보고 이번 주제를 마치도록 하겠습니다. 

감사합니다!