[네트워크] UDP(User Datagram Protocol)

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✔️ UDP란?

User Datagram Protocol의 약자로, 데이터를 데이터그램(Datagram) 단위로 처리하는 프로토콜이다.

TCP와는 다르게 데이터를 패킷으로 나누고 반대편에서 재조립하는 과정을 거치지 않으며, 수신지에서 제대로 받든 받지 않든 상관하지 않고 데이터를 보내기만 한다. 즉, 비연결형, 신뢰성 없는 전송 프로토콜로, 데이터그램 단위로 쪼개면서 전송을 해야하기 때문에 전송 계층에 속한다.

또한 목적지에 도달하려고 하지만 에러가 날 수도 있고, 재전송이나 순서 뒤바뀜에 대한 대처는 애플리케이션에서 처리해주어야 한다. 그러나 UDP는 속도가 빠르다. 별도의 연결도 필요하지 않고, TCP 처럼 ACK 메세지를 통해 확인을 받거나 하는 작업이 없기 때문에 TCP보다 빠르며, 이러한 속도의 장점으로 UDP는 실시간 방송 등에 사용된다.

TCP vs UDP

	TCP	UDP
데이터 전송단위	세그먼트	블록 형태의 다이어 그램
서비스의 형태	연결형	비연결형
수신 순서	송신 순서와 동일	수신 수서와 불일치
오류 제어, 흐름제어	있음	없음

TCP와 UDP는 왜 나오게 되었는가?

IP의 역할은 Host to Host (장치 to 장치)만을 지원한다. 장치에서 장치로의 이동은 IP로 해결되지만, 하나의 장비 내에서 수많은 프로그램들이 통신을 할 경우에는 IP만으로는 한계가 있다.
IP에서 오류가 발생하는 경우 ICMP에서 알려준다. 그러나 ICMP는 알려주기만 할 뿐, 대처를 하지 못하기 때문에 IP보다 위에서 처리를 해줘야한다.

1번의 문제를 해결하기 위하여 포트 번호가 나오게되었고, 2번을 해결하기 위해 상위 프로토콜인 TCP와 UDP가 만들어지게 되었다.

🔎 ICMP : 인터넷 제어 메시지 프로토콜로 네트워크 컴퓨터 위에서 돌아가는 운영체제에서 오류 메시지를 전송받는데 주로 쓰인다.

TCP와 UDP에서의 오류는 어떻게 해결하는가?

TCP

데이터의 분실, 중복, 순서가 뒤바뀜을 자동으로 보정해줘서 송수신 데이터의 정확한 전달을 할 수 있도록 해준다. -> 신뢰성

UDP

IP가 제공하는 정도의 수준만을 제공하는 간단한 IP 상위 계층의 프로토콜이다. TCP와는 다르게 에러가 날 수도 있고, 재전송이나 순서가 뒤바뀔 수도 있어, 이 경우 애플리케이션에서 처리해야한다는 번거로움이 존재한다. -> 비신뢰성

UDP를 사용하는 이유

UDP의 장점인 데이터의 신속성 때문이다. 데이터의 처리가 TCP보다 빠르다.

주로 실시간 방송과 온라인 게임에서 사용되며, 네트워크 환경이 안 좋을 때 끊기는 현상을 생각해볼 수 있다.

✔️ UDP Header

Source port : 시작 포트
Destination port : 도착지 포트
Length : 길이
Checksum : 오류 검출
- 중복 검사의 한 형태로, 오류 정정을 통해 공간이나 시간 속에서 송신된 자료의 무결성을 보호하는 단순한 방법이다.
- 헤더와 데이터의 에러를 확인하기 위한 필드이다.(전송된 데이터가 변형이 되지 않았는지 확인하는 값) UDP 헤더는 에러복구를 위한 필드가 불필요하기 때문에 TCP 헤더에 비해 간단하다.

🔎 TCP 헤더

TCP헤더와 비교했을 때, UDP는 별도의 연결 없이, 데이터를 단순히 전송만 하고 응답을 확인하지 않으므로 상당히 단순하고 직관적인 형태인 것을 확인할 수 있다.

참고)

✔️ DNS에서 UDP의 사용

DNS는 데이터를 교환하는 경우이다. 이러한 경우 TCP를 사용하게 되면, 데이터를 송신할 때 세션 확립을 위한 처리를 해야하며, 송신한 데이터가 수신되었는 점검하는 과정도 필요하기 때문에 UDP에 비해 프로토콜 오버헤드가 크다.

DNS는 Application layer protocol(7계층)이다.

DNS에서 UDP를 사용하는 이유

TCP가 3 way handshake를 사용하는 반면, UDP는 connection을 유지할 필요가 없다. (No Handshaking)
DNS request는 UDP 세그먼트에 꼭 들어갈 정도로 작다.
- DNS query는 single UDP request와 서버로부터의 single UDP reply로 구성되어 있다.
- 단, 크기가 512(UDP 제한)이 넘을 때(Zone transfer), 혹은 응답을 받지 못한 경우는 TCP를 사용해야한다.
  - Zone Transfer : DNS 서버 간의 요청을 주고 받을 때 사용하는 Transfer
Request에 대한 손실은 Application Layer에서 제어가 가능하다. (UDP는 not reliable이나, reliability는 application layer에 추가될 수 있다)