[네트워크이론] 3.3 Connectionless Transport: UDP

(Computer Networking a top-down Approach 책의 내용입니다)

• UDP가 IP에 더해서 하는 일은 multiplexing/demultiplexing, 에러 체크 두 가지뿐

• UDP는 connectionless

• DNS가 UDP를 사용하는 프로토콜의 예시

• UDP가 TCP보다 유리한 점

  • RTT delay를 더할 수 있는 커넥션 수립이 없음
  • 커넥션 state가 없음(TCP의 신뢰적인 데이터 전송, 혼잡 제어에 사용됨)
  • 더 작은 헤더 사이즈
  • 혼잡 제어가 없음(빠르게 제한 없이 데이터를 보낼 수 있음)

• UDP가 사용되는 곳

  • 멀티미디어 스트리밍 애플리케이션 (손실 감내 가능하고 속도에 민감한 서비스)
  • DNS
  • SNMP
  • HTTP/3

• HTTP/3와 같이 UDP에서 신뢰적인 데이터 전송이 필요하면

  • 애플리케이션 계층에서 신뢰성을 더해주기
  • 애플리케이션 계층에서 혼잡 제어해주기 (공유지의 비극을 막기 위해)

    3.3.1 UDP segment 구조

• UDP 헤더는 2바이트의 네 개 필드로만 이루어짐(32 bits)

  • source port number
  • destination port number
  • length (UDP segment 전체 길이)
  • checksum (for checking errors)

3.3.2 UDP Checksum

• UDP 송신측은 segment의 모든 16비트 단위 word들을 더한 후 1의 보수를 계산해서 checksum 필드로 사용한다
  • sum을 구할 때 오버플로우 값은 wrap around : 가장 낮은 자릿수(가장 오른쪽)의 bit에 더해줌
• (실제로는 IP 헤더의 정보 일부를 계산에 사용하지만 설명의 편의를 위해 이는 생략)

ex)

0110011001100000
0101010101010101
1000111100001100

의 16비트 워드 세 개가 있다고 가정

앞의 두 개 합은,

0110011001100000
0101010101010101
----------------
1011101110110101

마지막 워드와 더하면

1011101110110101
1000111100001100
----------------
0100101011000010  // 오버플로우는 wrapped around

1의 보수를 구하면,

1011010100111101

송신 측에서는 네 개의 모든 16비트 워드를 더한다(checksum도 같이)
checksum을 나머지 sum의 1의 보수로 설정했기 때문에 모두 더하면 1111111111111111가 되어야 한다.
만약 0인 비트가 존재하면 패킷에 에러가 존재한다고 판단 가능.

• 많은 링크 계층 프로토콜이 에러 체크를 해줌에도 UDP에서 checksum을 제공하는 이유
  • 모든 링크 계층 프로토콜이 에러 체크를 한다는 보장이 없기 때문
  • 또한 링크 사이에서 segment가 정확하게 전달되더라도 라우터 메모리에 segment가 저장될 때 비트 에러가 발생할 수 있음
  • 시스템 디자인의 end-end principle [Saltzer 1984]
    • 몇몇 애플리케이션 기능(error detection, reliable transfer)들은 end-end basis로 제공해야 함