전송 계층 - UDP 프로토콜

UDP는  인터넷에서 사용하는 프로토콜 중 구조가 가장 간단하다.

특징

1. 비연결형 서비스 제공

2. 헤더와 전송 데이터에 대한 체크섬 기능 제공

IP 프로토콜은 자신의 헤더에 대한 체크섬 기능은 제공하지만 데이터에 대한 변형 오류는 검출하지 않는다.

이 데이터 공간에 UDP 프로토콜의 헤더와 데이터가 캡슐화되는데, TCP와 마찬가지로 UDP도 IP와의 역할 분담을 통해 체크섬이 이중으로 이루어지지 않도록 설계되었음.

 

3. Best Effort 전달 방식을 지원 (전송 데이터그램이 제대로 도착했는지 확인하지 않음, 신뢰성 떨어짐)

 

신뢰성이 떨어지지만 TCP보다 데이터 처리가 빨라 데이터 전송 시간에 민감한 응용 환경에서는 UDP를 사용하는 것 유리

 

UDP 헤더 구조 

단순한 구조로 프로토콜에서 수행하는 기능도 간단해 프로토콜의 오버헤드가 작은 편이다.

 

각 필드의 의미

Source Port/ Destination Port(송신 포트/ 수신 포트) :

송수신 프로세스에 할당된 네트워크 포트 번호, 호스트에서 실행되는 프로세스를 구분

 

Length(길이) : 

프로토콜 헤더를 포함한 UDP 데이터그램의 전체 크기,

단위는 바이트이고, UDP 헤더의 크기가 8바이트이므로 최솟값은 8,

데이터그램의 이론상 최대크기는 2^16-1 = 65535바이트이나, 응용 프로그램을 포함한 다른 계층과의 연관성 문제를 고려해 일반적으로 8192 바이트를 넘지 않게 사용

 

Checksum(체크섬) :

프로토콜 헤더와 데이터에 대한 체크섬 값을 제공,

수신 프로세스가 데이터그램 변형 오류를 감지, 체크섬 오류 발견 시 해당 데이터그램을 버림.

UDP 체크섬 기능은 옵션이므로 필드 값이 0이면 오류 검출 기능 수행하지 않음 =>  IP, UDP 모두 사용자 데이터 오류 검사 수행 안 하게 됨

 

사용 

TCP 보다 구조가 단순해 전송 효율이 좋아, 고속 전송이 필요한 환경에 유용

덩치가 큰 TCP를 사용하기에 메모리가 작은 네트워크 장비에서 사용하기 적합

 

 

UDP의 데이터그램 전송

UDP는 비연결형 서비스를 이용하여 데이터그램을 전송하며, 각 데이터그램은 전송 과정에서 독립적으로 중개된다.

데이터그램이 목적지까지 도착할 수 있도록 최선을 다하지만, 반드시 목적지 도착하는 것을 보장하지 않는다. 

슬라이딩 프로토콜과 같은 흐름 제어 기능을 제공하지 않아, 버퍼 오버플로에 의한 데이터 분실 오류가 발생할 수 있다.

이와 같은 이유로 UDP를 사용해 데이터그램을 전송할 때는 오류 발생 가능성을 항상 염두에 두어야 한다.

오류 유형은 데이터 그램 분실과 도착 순서 변경으로 나뉜다.

 

데이터그램 분실

데이터그램 분실

송신 프로세스가 전송한 데이터그램 4개가 첫 번째 라우터에서 두 번째 라우터로 전송되는 과정에서 3번 데이터그램에 오류가 발생하여 다음 라우터에 도착하지 못했다. UDP는 분실 오류를 복구하는 기능을 수행하지 않으므로, 수신 프로세스에는 1,2,4번 데이터그램만 도착한다. UDP에서 데이터그램 분실 오류가 발생하면 상위 계층 스스로 데이터 분실을 확인해 복구해야 한다.

 

UDP 헤더 구조에서 알 수 있듯이, 데이터의 순서 번호 기능을 제공하지 않으므로 데이터그램 분실 여부를 확인할 수 없다. 따라서 응용 프로그램에서 데이터분실을 감지하려면 순서번호와 유사한 기능을 응용 프로그램 자체적으로 구현해야 한다.

 

도착 순서 변경

도착 순서 변경

위 그림처럼 UDP의 각 데이터그램은 개별 전송 경로를 선택하여 독립적으로 이동하므로, 데이터그램의 전송 순서가 뒤바뀌어 수신 프로세스에 도착할 수 있다.

데이터그램 분실 오류의 경우와 마찬가지로 도착 순서 변경 오류를 해결할 수 없는 이유는 순서 번호 기능이 없기 때문이다. 따라서 도착 순서 변경 오류를 해결하려면 UDP를 사용하는 응용 프로그램의 내부에 순서 번호 기능이 구현되어야 한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

참고 자료 :

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 3판 - 박기현 지음