[네트워크] 3.1 Transport-layer services | 전송 계층 서비스

전송 계층 서비스를 배우기 전 먼저 용어에 대한 정리부터 들어가면 좋을 것 같다.

용어정리

• 프로그램
    디스크에 저장된 실행파일.
• 프로세스
    프로그램을 실행한 어떤 Instance. 하나의 프로그램으로 여러 프로세스를 띄울 수 있음.
    각각의 프로세스는 각각의 사이트에 접속해서 정보를 가져 오는 역할을 함.
• 스레드(thread)
    프로세스가 동작하는 여러가지 일들이 있는데 이 일을 하나의 프로그램으로 짜면 동시에 운영하기가 어렵기 때문에 이것을 몇 개  의 블록으로 나눈 것이 스레드다.
    카카오톡으로 치면은 내가 타이핑하는걸 받아들이는 thread, 그리고 카톡을 화면에 띄우는 thread 등등 이것들이 나눠짐.
• 전송계층에서의 정보 단위는 segment라고 한다.

특히 이번에 배우는 것주 가장 중요한 것 2개는 TCP (Transmission Control Protocol)와 UDP (User Datagram Protocol)이다. 그럼 이 두개에 대해서 간략히 알아보고 가볼까요?!

 

TCP (Transmission Control Protocol):

• 신뢰성이 매우 중요한 프로토콜이에요. 데이터를 보내면 상대방이 잘 받았는지 일일이 확인하고, 데이터가 중간에 사라지면 다시 보내주죠. 마치 등기우편처럼 정확하고 안전해요. (예: 이메일, 파일 전송)

UDP (User Datagram Protocol):

• 속도가 매우 중요한 프로토콜이에요. 데이터를 그냥 빠르게 보내기만 할 뿐, 상대방이 잘 받았는지는 확인하지 않아요. 조금 손실이 있어도 괜찮으니 무조건 빠른 게 중요할 때 쓰이죠. 일반 우편과 비슷해요. (예: 실시간 동영상 스트리밍, 온라인 게임)

⇒ 즉! 

“TCP는 등기우편, UDP는 일반우편”
이번 포스팅에서는 전송 계층(Transport Layer)의 핵심 개념과 두 주인공 TCP와 UDP의 차이를 완전하게 정리해볼게요!

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1. Transport Layer란?

네트워크의 전송 계층(Transport Layer)은 서로 다른 호스트에서 실행 중인 애플리케이션 프로세스 간의 논리적 통신(Logical Communication)을 제공합니다.

 

즉, 물리적으로는 수많은 라우터와 케이블을 거치지만, 보내는 프로그램과 받는 프로그램이 직접 연결된 것처럼 보이게 만드는 역할이에요.

역할	설명
논리적 통신 제공	두 프로세스 간 가상의 연결을 설정
세그먼트 생성 및 재조립	송신 측에서 메시지를 세그먼트로 분할하고, 수신 측에서 원래 메시지로 복원
전송 프로토콜 제공	TCP와 UDP 두 가지 주요 전송 프로토콜을 지원

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2. 네트워크 계층 vs 전송 계층

계층별 역할

• 네트워크 계층 (Network Layer): 호스트(컴퓨터) 간의 논리적 통신을 담당합니다.
  • (예: A 컴퓨터에서 B 컴퓨터까지의 데이터 전달)
• 전송 계층 (Transport Layer): 프로세스(실행 중인 프로그램) 간의 논리적 통신을 담당합니다.
  • (예: A 컴퓨터의 '웹 브라우저'에서 B 컴퓨터의 '웹 서버 프로그램'까지의 데이터 전달)
  • 전송 계층은 네트워크 계층의 서비스를 기반으로 동작하며 그 기능을 강화합니다.

⇒ 이것을 표로 나타내 본다면,

구분네트워크	계층전송	계층
통신 단위	호스트 ↔ 호스트	프로세스 ↔ 프로세스
예시	컴퓨터 A → 컴퓨터 B	웹 브라우저 → 웹 서버
프로토콜 예시	IP	TCP, UDP

 

🏡  비유로 이해하기 (집-편지 예시 [왼쪽])

• 상황: Ann의 집에 사는 12명의 아이들이 Bill의 집에 사는 12명의 아이들에게 편지를 보내는 상황
• 각 요소의 의미:
  • 호스트 (Hosts): 집 (Ann의 집, Bill의 집)
  • 프로세스 (Processes): 아이들 (편지를 보내거나 받는 특정 아이)
  • 앱 메시지 (App messages): 편지
  • 전송 프로토콜 (Transport protocol): Ann과 Bill. 이들은 각 아이에게 온 편지를 정확한 아이에게 나눠주는 역할을 합니다. (프로세스 간 전달)
  • 네트워크 계층 프로토콜 (Network-layer protocol): 우편 서비스. 집에서 집으로 편지를 배달하는 역할을 합니다. (호스트 간 전달)

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3. Layer Action 

전송 계층은 애플리케이션에서 내려온 데이터를 실제 네트워크로 흘려보내는 역할을 합니다.

그 과정을 단계별로 살펴볼게요!

(1) Sender (전송 계층)

송신 측 : 데이터 전송 과정

 1. 애플리케이션 메시지 수신

먼저, 상위 계층인 애플리케이션 계층(Application Layer)으로부터 전송할 데이터를 전달받습니다.

이 데이터가 바로 애플리케이션 메시지(Application Message)입니다.

 

예를 들어, 웹 브라우저가 서버에 “이 페이지 보여줘!”라고 요청할 때,

그 요청 메시지가 바로 app. msg입니다.

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2. 세그먼트 헤더(Segment Header) 생성

이제 전송 계층은 메시지를 그대로 내보내지 않고, 그 위에 제어 정보를 담은 전송 계층 헤더(Transport Header)를 붙입니다.

이 헤더에는 이런 정보들이 들어있어요:

• 출발지 포트 번호 (Source Port)
• 목적지 포트 번호 (Destination Port)
• 순서 번호 (Sequence Number)
• 오류 검출용 체크섬 (Checksum)

이 정보들이 있어야 데이터가 어느 앱으로 가야 하는지, 순서가 뒤바뀌지 않았는지 알 수 있습니다.

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3. 세그먼트(Segment) 생성

이제 헤더 + 메시지를 하나로 묶습니다.

이 조합이 바로 전송 계층의 기본 단위인 세그먼트(Segment)입니다.

💡 세그먼트 = 헤더 + 데이터(payload)

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4. 네트워크 계층으로 전달

완성된 세그먼트는 하위 계층인 네트워크 계층(Network Layer)으로 전달됩니다.

여기서 IP가 “어느 컴퓨터로 보낼지”를 결정하고, 실제로 네트워크를 통해 흘려보내죠

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(2) Receiver ( 수신 )

이번에는 반대로, 데이터가 도착했을 때 전송 계층(Transport Layer)이 어떤 일을 하는지 볼 차례입니다.

이 단계에서는 주로 디캡슐화(Decapsulation)와 역다중화(Demultiplexing)가 핵심이에요.

수신 측 : 데이터 수신 과정

 

 1. 세그먼트 수신 (Segment Reception)

먼저, 네트워크 계층(Network Layer)으로부터 세그먼트(Segment)를 전달받습니다.

이 세그먼트는 송신 측에서 만들어 보낸 전송 계층의 데이터 단위(PDU)로, 헤더와 애플리케이션 데이터가 함께 들어있습니다.

💡쉽게 말해, IP가 “택배 상자”를 문 앞까지 가져다줬다면, 이제 전송 계층이 그 상자를 받아서 안의 편지를 꺼내는 단계예요.

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2. 헤더 분석 (Header Analysis)

전송 계층은 세그먼트를 열고, 가장 먼저 헤더(Transport Header)를 검사합니다.

이 안에는 아래와 같은 정보가 들어 있습니다:

• 목적지 포트 번호 (Destination Port Number) → 어느 앱(소켓)으로 전달해야 하는가
• 체크섬 (Checksum) → 데이터가 손상되지 않았는가

이 과정을 통해 데이터의 무결성을 확인하고, 누구에게 전달할지 식별합니다.

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3. 메시지 추출 (Message Extraction)

헤더 분석이 끝나면, 전송 계층은 헤더를 제거하고 내부 데이터를 꺼냅니다.

이 데이터가 바로 애플리케이션 계층으로 전달될 **app. msg (애플리케이션 메시지)**입니다.

이렇게 상위 계층으로 올리기 전에 헤더를 벗겨내는 과정을 디캡슐화(Decapsulation)라고 합니다.

🧊 비유하자면, 택배 상자(세그먼트)를 열고 안에 들어있는 물건(애플리케이션 데이터)을 꺼내는 과정이에요.

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4. 역다중화 (Demultiplexing)

마지막 단계는 역다중화(Demultiplexing)입니다.

전송 계층은 세그먼트 헤더에 들어 있는 포트 번호(Port Number)를 보고, 이 데이터를 정확한 소켓(Socket)으로 전달합니다.

 

즉, “이 데이터는 웹 브라우저용인지, 이메일 클라이언트용인지”를 구분하는 거예요.

⇒ 정리하자면,

“디캡슐화는 상자를 여는 일, 역다중화는 안의 물건을 주인에게 정확히 전달하는 일”

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4. TCP vs UDP — 느리지만 확실하게 vs 빠르지만 단순하게

인터넷에서 데이터를 주고받을 때는 대부분 TCP나 UDP를 사용합니다.

두 프로토콜은 같은 전송 계층에 속하지만, 철학이 완전히 다릅니다.

(1) TCP (Transmission Control Protocol) :  “느리더라도 반드시 도착해야 한다!”

TCP는 신뢰성과 순서를 보장하는 연결 지향형 프로토콜이에요.

마치 등기우편처럼, 하나하나의 데이터가 제대로 도착했는지 확인하고

손실되면 다시 보내는 세심한 성격을 가지고 있습니다

TCP의 주요 특징

• Reliable Delivery — 손실된 데이터는 재전송, 순서도 보장
• Flow Control — 수신자의 처리 속도에 맞춰 전송량 조절
• Congestion Control — 네트워크가 혼잡할 때 전송률 자동 감소
• Connection-oriented — 전송 전 반드시 연결 수립 (3-Way Handshake)

💡 예시: 이메일, 웹 페이지 요청(HTTP), 파일 전송(FTP) → “속도보다 정확성이 중요한 서비스

 

(2) UDP (User Datagram Protocol) : “빨리 보내고 끝!”

UDP는 속도와 효율이 중요한 환경에서 쓰이는 비연결형 프로토콜입니다.

TCP처럼 확인 절차나 재전송 과정이 없기 때문에 훨씬 가볍고 빠르죠.

하지만 그만큼 손실이나 순서 뒤섞임이 발생할 수 있습니다.

UDP의 주요 특징

• Unreliable Delivery — 손실/순서 보장 X
• Connection-less — 연결 설정 없이 바로 전송
• Low Overhead — 포트 번호와 간단한 체크섬만 포함
• 단순 구조 — ‘최선형(best-effort)’ 전달 방식

💡 예시: 온라인 게임, 실시간 스트리밍, VoIP 통화 → “조금 틀려도 되니까 일단 빨리!”

 

즉! 

“TCP는 ‘꼭 도착해야 할 편지’,
UDP는 ‘빨리 도착하면 좋은 알림 메시지’다.”