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커넥션형 통신의 구조

커넥션형 통신은 데이터를 주고받기 전에 먼저 연결을 설정하고, 데이터 전송이 끝나면 연결을 종료하는 방식입니다. 이 방식은 마치 전화 통화와 비슷합니다.

전화 통화로 이해하기

1. 연결 설정: 전화를 걸어 상대방이 받을 때까지 기다립니다.
2. 데이터 전송: 상대방이 전화를 받으면 대화를 주고받습니다.
3. 연결 종료: 대화가 끝나면 "안녕"하고 전화를 끊습니다.

커넥션형 통신에서는 데이터를 보내기 전에 양쪽 컴퓨터가 서로 "준비됐어?"라고 확인하는 과정을 거칩니다. 이를 '핸드셰이크(handshake)'라고 부릅니다. 그 후 안정적인 통신 경로가 설정되면 데이터를 주고받고, 모든 통신이 끝나면 연결을 종료합니다.

연결형 통신의 대표 프로토콜: TCP

TCP(Transmission Control Protocol)는 커넥션형 통신의 대표적인 프로토콜입니다. 인터넷에서 가장 널리 사용되며, 다음과 같은 특징이 있습니다:

1. 신뢰성 보장: 데이터가 손실되면 재전송합니다.
2. 순서 보장: 보낸 순서대로 데이터가 도착합니다.
3. 흐름 제어: 수신자가 처리할 수 있는 속도로 데이터를 전송합니다.
4. 혼잡 제어: 네트워크 상황에 따라 전송 속도를 조절합니다.

TCP 연결 과정

TCP는 '3-way handshake'라는 과정을 통해 연결을 설정합니다:

1. SYN: 클라이언트가 서버에 연결 요청(SYN)을 보냅니다.
2. SYN-ACK: 서버가 요청을 수락하고 응답(SYN-ACK)을 보냅니다.
3. ACK: 클라이언트가 응답을 확인(ACK)하고 연결이 완료됩니다.

실생활 예시: 택배 서비스

TCP는 마치 등기 택배 서비스와 같습니다. 택배를 보내기 전에 배송지 확인 전화가 오고(연결 설정), 택배가 잘 도착했는지 확인 서명을 받으며(데이터 확인), 문제가 있으면 다시 배송합니다(재전송). 배송이 완료되면 서비스가 종료됩니다(연결 종료).

커넥션리스형 통신의 구조(데이터그램 방식)

커넥션리스형 통신은 사전 연결 설정 없이 바로 데이터를 전송하는 방식입니다. 각 데이터 패킷은 독립적으로 전송되며, 이를 '데이터그램' 방식이라고도 합니다.

편지로 이해하기

이 방식은 마치 편지를 보내는 것과 비슷합니다:

1. 편지를 쓰고 봉투에 주소를 적습니다.
2. 우체통에 넣기만 하면 됩니다(사전 연결 불필요).
3. 각 편지는 독립적으로 배달됩니다.
4. 상대방이 받았는지 확인하기 어렵습니다.

커넥션리스형 통신에서는 각 데이터 패킷에 목적지 주소를 붙여서 네트워크에 던져 넣습니다. 목적지까지 어떤 경로로 갈지, 제대로 도착할지 보장하지 않습니다.

비연결형 통신의 대표 프로토콜: UDP

UDP(User Datagram Protocol)는 커넥션리스형 통신의 대표적인 프로토콜입니다. 다음과 같은 특징이 있습니다:

1. 연결 설정 없음: 바로 데이터를 전송합니다.
2. 비신뢰성: 데이터 손실을 확인하거나 복구하지 않습니다.
3. 순서 보장 없음: 데이터가 보낸 순서와 다르게 도착할 수 있습니다.
4. 가벼움: 오버헤드가 적어 빠른 전송이 가능합니다.

UDP 통신 과정

UDP는 매우 단순한 구조를 가지고 있습니다:

1. 데이터를 패킷으로 나누고 목적지 주소를 붙입니다.
2. 네트워크에 패킷을 바로 전송합니다.
3. 수신자는 도착한 패킷을 처리합니다.
4. 확인이나 재전송 과정이 없습니다.

실생활 예시: 일반 우편

UDP는 마치 일반 우편과 같습니다. 편지를 우체통에 넣기만 하면 됩니다(연결 설정 없음). 편지가 잘 도착했는지 확인할 수 없고(비신뢰성), 같은 날 보낸 여러 편지가 다른 날에 도착할 수 있습니다(순서 보장 없음). 하지만 빠르고 간단하게 전송할 수 있습니다.

각 통신 방법의 장점/단점

커넥션형(TCP) 통신

장점:

• 신뢰성: 데이터 손실이 거의 없습니다.
• 순서 보장: 데이터가 보낸 순서대로 도착합니다.
• 오류 제어: 손상된 데이터를 감지하고 복구합니다.

단점:

• 오버헤드: 연결 설정, 확인, 재전송 등으로 인해 추가 부담이 있습니다.
• 지연: 신뢰성을 보장하기 위한 절차로 인해 전송 속도가 느려질 수 있습니다.
• 리소스 사용: 연결 상태를 유지하기 위해 메모리와 CPU 자원을 사용합니다.

커넥션리스형(UDP) 통신

장점:

• 속도: 연결 설정이나 확인 과정이 없어 빠릅니다.
• 단순성: 프로토콜 구조가 간단합니다.
• 효율성: 오버헤드가 적어 네트워크 자원을 효율적으로 사용합니다.

단점:

• 비신뢰성: 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.
• 순서 보장 없음: 데이터가 다른 순서로 도착할 수 있습니다.
• 오류 제어 없음: 손상된 데이터를 감지하지 못할 수 있습니다.

어떤 통신 방식을 언제 사용할까?

TCP(커넥션형)가 적합한 경우:

• 웹 브라우징(HTTP/HTTPS): 웹페이지의 모든 내용이 정확히, 순서대로 로드되어야 합니다.
• 이메일(SMTP): 메일 내용이 손실 없이 전달되어야 합니다.
• 파일 전송(FTP): 파일의 모든 부분이 정확히 전송되어야 합니다.
• 데이터베이스 쿼리: 중요한 정보가 손실되면 안 됩니다.

UDP(커넥션리스형)가 적합한 경우:

• 실시간 스트리밍(비디오/오디오): 약간의 데이터 손실은 허용되지만, 지연이 적어야 합니다.
• 온라인 게임: 빠른 업데이트가 중요하며, 일부 패킷 손실은 게임 경험에 큰 영향을 주지 않습니다.
• DNS 조회: 빠른 응답이 중요합니다.
• IoT 장치: 제한된 자원으로 간단한 통신이 필요한 경우가 많습니다.

결론

커넥션형 통신(TCP)과 커넥션리스형 통신(UDP)은 각각 다른 상황에 적합한 특성을 가지고 있습니다. 어떤 것이 "더 좋다"라고 단정할 수 없으며, 응용 프로그램의 요구사항에 따라 적절한 프로토콜을 선택해야 합니다.

• 정확성과 완전성이 중요하다면 → TCP
• 속도와 효율성이 중요하다면 → UDP

포트 번호란? (포트번호 = 프로그램 식별)

포트 번호는 컴퓨터에서 실행 중인 특정 프로그램이나 서비스를 구분하기 위한 번호입니다. 쉽게 말해, 하나의 건물 안에 여러 개의 방이 있고 각 방마다 번호가 붙어 있는 것과 비슷합니다.

예를 들어, 여러분의 컴퓨터가 하나의 아파트라고 생각해 봅시다. 이 아파트에는 '웹 브라우저', '이메일 프로그램', '게임' 등 다양한 프로그램(거주자)이 살고 있습니다. 이 아파트의 주소(IP 주소)로 택배(데이터)가 오면, 택배기사는 어느 방(포트 번호)으로 배달해야 할지 알아야 합니다.

만약 포트 번호가 없다면, 컴퓨터는 인터넷에서 받은 데이터를 어느 프로그램에 전달해야 할지 알 수 없습니다. 포트 번호는 0부터 65535까지 총 65536개가 있으며, 각각의 번호는 특정 서비스나 프로그램을 위해 예약되어 있거나 자유롭게 사용할 수 있습니다.

포트 번호의 작동 방식

네트워크 통신에서 데이터는 IP 주소와 포트 번호의 조합을 통해 정확한 목적지에 도달합니다. IP 주소가 컴퓨터를 찾아가는 도로 주소라면, 포트 번호는 그 컴퓨터 안의 특정 프로그램을 찾아가는 호수(방 번호)라고 볼 수 있습니다.

예를 들어, 웹사이트를 방문할 때 브라우저는 http://www.example.com:80과 같은 주소를 사용합니다. 여기서 :80이 바로 포트 번호입니다. 이 번호는 웹 서버에게 "HTTP 서비스를 요청합니다"라고 알려주는 역할을 합니다.

포트 번호는 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

웰노운(Well Known) 포트 번호 (0-1023)

웰노운 포트는 인터넷에서 가장 기본적이고 중요한 서비스들을 위해 예약된 번호입니다. 이 포트들은 국제 인터넷 표준화 기구(IANA)에 의해 관리되며, 특별한 권한 없이는 사용할 수 없습니다.

• 포트 80: HTTP(웹사이트) - 우리가 일반적으로 웹사이트를 방문할 때 사용
• 포트 443: HTTPS(보안 웹사이트) - 암호화된 웹 통신에 사용
• 포트 21: FTP(파일 전송) - 서버와 파일을 주고받을 때 사용
• 포트 22: SFTP , SSH - 암호화 된 파일을 주고 받을 때 사용
• 포트 25: SMTP(이메일 발송) - 이메일을 보낼 때 사용
• 포트 110: POP3(이메일 수신) - 이메일을 받을 때 사용
• 포트 53: DNS(도메인 이름 서비스) - 도메인 이름을 IP 주소로 변환할 때 사용

일상생활에서의 예시를 들자면, 웰노운 포트는 마치 대도시의 주요 관공서나 시설과 같습니다. 예를 들어 어느 도시에 가더라도 119는 소방서, 112는 경찰서인 것처럼, 어느 컴퓨터에서든 포트 80은 웹 서비스를 의미합니다.

등록(Registered) 포트 번호 (1024-49151)

등록 포트는 기업이나 단체가 자신들의 특정 응용 프로그램이나 서비스를 위해 등록하여 사용하는 포트입니다. 이 포트들도 IANA에 등록되어 있지만, 웰노운 포트와 달리 특별한 권한 없이도 사용할 수 있습니다.

• 포트 3306: MySQL 데이터베이스
• 포트 8080: 대체 HTTP 포트(프록시 서버나 두 번째 웹 서버)
• 포트 1521: Oracle 데이터베이스
• 포트 5432: PostgreSQL 데이터베이스
• 포트 3389: 원격 데스크톱 프로토콜(RDP)

일상에서 비유하자면, 등록 포트는 각 회사나 기관의 대표 전화번호와 같습니다. 공식적으로 등록되어 있지만, 웰노운 포트보다는 덜 알려져 있고 주로 특정 서비스나 프로그램을 이용하는 사람들에게만 의미가 있습니다.

다이나믹/프라이빗(Dynamic and/or Private) 포트 번호 (49152-65535)

다이나믹/프라이빗 포트는 임시적인 연결이나 개인적인 용도로 사용되는 포트 번호입니다. 이 포트들은 특별히 예약되어 있지 않으며, 필요에 따라 자유롭게 사용할 수 있습니다.

예를 들어, 웹 브라우저로 웹사이트에 접속할 때, 브라우저는 서버와 통신하기 위해 자동으로 이 범위 내의 임시 포트를 사용합니다. 연결이 끝나면 이 포트는 다시 사용 가능한 상태가 됩니다.

일상생활의 예시로는, 다이나믹 포트는 마치 임시로 사용하는 회의실 번호나 호텔 객실 번호와 같습니다. 필요할 때 할당받아 사용하고, 사용이 끝나면 반납하여 다른 사람이 사용할 수 있게 됩니다.

포트 번호의 실생활 응용 예시

포트 번호가 실제로 어떻게 작동하는지 더 이해하기 쉽도록 몇 가지 일상적인 예시를 살펴보겠습니다:

예시 1: 웹 브라우징

여러분이 웹 브라우저에서 www.example.com을 입력하면, 브라우저는 기본적으로 포트 80(HTTP) 또는 포트 443(HTTPS)을 사용하여 해당 웹 서버에 연결합니다. 이때 브라우저는 다이나믹 포트 범위에서 임시 포트(예: 54321)를 선택하여 서버의 포트 80과 통신합니다. 이 과정을 수식으로 표현하면:

(내 컴퓨터 IP:54321) ↔ (www.example.com:80)

예시 2: 이메일 확인

이메일 프로그램으로 메일을 확인할 때, 프로그램은 포트 110(POP3) 또는 포트 143(IMAP)을 통해 메일 서버에 연결합니다. 이 과정은 다음과 같습니다:

(내 컴퓨터 IP:55555) ↔ (mail.example.com:110)

예시 3: 게임 서버 연결

온라인 게임을 할 때, 게임 클라이언트는 특정 포트(예: 포트 27015)를 통해 게임 서버에 연결합니다:

(내 컴퓨터 IP:58765) ↔ (game.example.com:27015)

결론

포트 번호는 인터넷 통신의 핵심 요소로, 데이터가 올바른 프로그램에 전달되도록 보장합니다. 웰노운 포트, 등록 포트, 다이나믹 포트로 구분되며, 각각 다른 용도와 특성을 가지고 있습니다.

인터넷을 사용하다 보면 가끔 "포트를 열어야 한다"거나 "포트가 차단되었다"는 말을 들을 수 있는데, 이는 특정 프로그램이나 서비스가 사용하는 포트에 대한 접근을 허용하거나 차단하는 것을 의미합니다. 방화벽이나 라우터 설정에서 이러한 포트 관리가 이루어집니다.

TCP (Transmission Control Protocol)

TCP는 '전송 제어 프로토콜'의 약자로, 데이터를 안정적으로 전송하기 위해 설계된 프로토콜입니다. TCP는 데이터가 손실 없이 정확하게 전달되도록 보장하며, 데이터의 순서가 유지되는 특징이 있습니다.

UDP (User Datagram Protocol)

UDP는 '사용자 데이터그램 프로토콜'의 약자로, TCP보다 단순한 구조를 가지고 있습니다. UDP는 데이터의 안정적인 전송보다는 빠른 전송에 중점을 둡니다.

TCP의 작동 방식

TCP는 '연결 지향적' 프로토콜로, 데이터를 주고받기 전에 먼저 연결을 설정합니다. 이 과정은 '3-way 핸드셰이크'라고 불리는데, 다음과 같이 진행됩니다

1. 연결 요청: 클라이언트가 서버에 연결 요청(SYN) 메시지를 보냅니다.
2. 응답: 서버는 요청을 받고 승인(SYN-ACK) 메시지를 보냅니다.
3. 확인: 클라이언트가 서버의 응답을 받고 확인(ACK) 메시지를 보내면 연결이 설정됩니다.

연결이 설정된 후에는 다음과 같은 과정으로 데이터가 전송됩니다

• 데이터를 작은 단위(세그먼트)로 나눕니다.
• 각 세그먼트에 순서 번호를 부여합니다.
• 수신자는 받은 데이터에 대한 확인(ACK) 메시지를 보냅니다.
• 만약 확인 메시지가 일정 시간 내에 오지 않으면, 송신자는 해당 데이터를 다시 전송합니다.

이러한 과정을 통해 TCP는 데이터의 안전한 전송을 보장합니다.

UDP의 작동 방식

UDP는 '비연결형' 프로토콜로, TCP와 달리 연결 설정 과정이 없습니다. 데이터(데이터그램)를 바로 전송하며, 그 과정이 매우 단순합니다

1. 데이터를 패킷으로 나눕니다.
2. 각 패킷에 목적지 정보를 추가합니다.
3. 네트워크를 통해 패킷을 바로 전송합니다.

UDP는 데이터가 제대로 전달되었는지 확인하지 않으며, 데이터의 순서를 보장하지 않습니다. 이 때문에 일부 데이터가 손실되거나 순서가 뒤바뀔 수 있지만, 전송 속도가 빠른 장점이 있습니다.

TCP와 UDP의 주요 차이점

실생활 사용 예시

TCP 사용 예시

1. 웹 브라우징: 웹페이지를 정확하게 로드하기 위해 HTTP/HTTPS는 TCP를 사용합니다.
2. 이메일 전송: 이메일 프로토콜(SMTP, POP3, IMAP)은 메시지가 온전히 전달되도록 TCP를 사용합니다.
3. 파일 다운로드: FTP와 같은 파일 전송 프로토콜은 파일이 손상 없이 전송되도록 TCP를 사용합니다.
4. 온라인 뱅킹: 금융 거래는 데이터의 정확성이 매우 중요하므로 TCP를 사용합니다.

UDP 사용 예시

1. 실시간 영상 통화: Zoom, Skype 등의 화상 회의는 속도가 중요하기 때문에 UDP를 사용합니다.
2. 온라인 게임: 실시간 반응이 중요한 게임은 지연을 최소화하기 위해 UDP를 사용합니다.
3. 실시간 스트리밍: 유튜브 라이브, 트위치 등의 실시간 방송은 UDP를 사용하여 지연을 줄입니다.
4. DNS 조회: 도메인 이름을 IP 주소로 변환하는 과정에서 UDP를 사용합니다.

쉬운 비유로 이해하기

TCP와 UDP의 차이를 일상생활의 비유로 설명하면 다음과 같습니다:

TCP는 등기우편과 같습니다:

• 보내기 전에 받는 사람의 주소를 확인합니다(연결 설정).
• 우편물을 보낸 후 배달 확인을 받습니다(ACK).
• 우편물이 제대로 배달되지 않으면 다시 보냅니다(재전송).
• 여러 봉투로 나누어 보낸 경우, 받는 사람이 순서대로 정리할 수 있도록 번호를 매깁니다(순서 보장).

UDP는 일반 우편과 같습니다:

• 받는 사람의 주소만 적고 바로 우편함에 넣습니다(비연결형).
• 배달 확인을 받지 않습니다(확인 없음).
• 우편물이 분실되어도 다시 보내지 않습니다(손실 가능).
• 여러 봉투를 보낸 경우, 어떤 순서로 도착할지 보장하지 않습니다(순서 보장 없음).

결론

TCP와 UDP는 각각 장단점이 있으며, 사용 목적에 따라 적합한 프로토콜을 선택하는 것이 중요합니다. 데이터의 정확성과 안정성이 중요한 경우에는 TCP를, 빠른 전송 속도가 중요한 실시간 서비스에는 UDP를 사용하는 것이 일반적입니다. 이 두 프로토콜의 이해는 네트워크 통신의 기본을 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.