사용자 데이터그램 프로토콜

3. 포트

애플리케이션은 데이터그램 소켓을 사용하여 호스트 간 통신을 설정한다. 애플리케이션은 소켓을 데이터 전송의 종단점에 바인딩하는데, 이는 IP 주소와 포트의 조합이다. 이러한 방식으로 UDP는 애플리케이션 다중화를 제공한다. 포트는 포트 번호로 식별되는 소프트웨어 구조로, 16비트 정수 값이며, 0에서 65535 사이의 값을 가진다. 포트 0은 예약되어 있지만, 전송 프로세스가 응답 메시지를 예상하지 않는 경우 허용 가능한 소스 포트 값이다.

UDP는 인터넷 프로토콜 위에서 사용되는 프로토콜이며^[16], IP와 함께 UDP/IP 스택으로 기능한다. UDP는 포트 기능을 제공함으로써 1 호스트 내 다중 애플리케이션으로의 통신 분배를 가능하게 한다. UDP 모듈은 소켓을 통해 프로그램에서 접근하는 경우가 많다.

3. 1. 포트 번호 할당

3. 2. 임시 포트

4. 패킷 구조

UDP 패킷은 UDP 헤더와 데이터 부분으로 구성된다.^[3]

UDP 데이터그램은 ''헤더''와 ''데이터'' 섹션(응용 프로그램의 페이로드 데이터)으로 구성된다.^[3]

UDP 헤더는 4개의 필드로 구성되며, 각 필드는 2바이트(16비트)이다.^[40][15] IPv4에서는 ''체크섬'' 및 ''출발지 포트'' 필드 사용이 선택 사항이다. IPv6에서는 ''출발지 포트'' 필드만 선택 사항이다. 사용하지 않는 경우, 이러한 필드는 0으로 설정해야 한다.^[3]

4. 1. UDP 헤더

• 출발지 포트: 송신측 포트를 나타내며, IPv4에서는 선택 사항이다. 사용하지 않을 경우 0으로 설정한다.
• 도착지 포트: 수신측 포트를 나타내며, 필수 항목이다.
• 길이: UDP 헤더와 데이터를 포함한 전체 UDP 데이터그램의 길이를 옥텟 단위로 나타낸다. 최소 길이는 헤더 크기인 8바이트이다.
• 체크섬: 헤더와 데이터의 오류를 검사하는 데 사용되며, IPv4에서는 선택 사항이지만 IPv6에서는 대부분 필수이다.

4. 1. 1. 출발지 포트

4. 1. 2. 도착지 포트

4. 1. 3. 길이

4. 1. 4. 체크섬

IP 헤더에서 생성된 의사 헤더와 UDP 헤더, 그리고 데이터를 길이가 2옥텟의 배수가 되도록 (필요하다면) 값이 0인 옥텟으로 패딩한 후, 각 2옥텟의 1의 보수 합계의 1의 보수의 하위 16비트를 체크섬으로 한다.^[36]

4. 2. 체크섬 계산

4. 2. 1. IPv4 의사 헤더

체크섬은 위에 명시된 필드들에 대해 계산된다.

4. 2. 2. IPv6 의사 헤더

• '''출발지 주소''' (128 비트): IPv6 헤더의 주소.
• '''목적지 주소''' (128 비트): 최종 목적지 주소. IPv6 패킷에 라우팅 헤더가 없으면 IPv6 헤더의 목적지 주소를 사용하고, 있으면 출발 노드에서는 라우팅 헤더의 마지막 요소에 있는 주소를, 수신 노드에서는 IPv6 헤더의 목적지 주소를 사용한다.
• '''UDP 길이''' (32 비트): UDP 헤더와 데이터의 길이 (옥텟 단위).
• '''영(0)''' (24 비트): 모두 0.
• '''다음 헤더''' (8 비트): UDP의 전송 계층 프로토콜 값: 17.

5. 기능

UDP는 IETF RFC 768에 문서화된 간단한 메시지 지향 전송 계층 프로토콜이다. UDP는 헤더와 페이로드의 무결성 검증(체크섬)을 제공하지만,^[4] 메시지 전달에 대한 보장을 상위 계층 프로토콜에 제공하지 않으며, UDP 계층은 전송된 UDP 메시지의 상태를 유지하지 않는다. 이러한 이유로 UDP는 때때로 ''신뢰할 수 없는 데이터그램 프로토콜''이라고 불린다.^[5]

UDP는 인터넷 프로토콜 위에서 사용되는 프로토콜이며^[16], IP와 함께 UDP/IP 스택으로 기능한다. UDP/IP는 "네트워크의 네트워크에서의 트랜잭션 지향 애플리케이션 간 데이터그램 전송^[13]"을 실현한다. UDP는 이를 최소한의 프로토콜로 실현하도록 의도되었기 때문에^[18], UDP/IP는 TCP/IP보다 적은 기능만을 제공한다. 단일 패킷의 도달 보장이나 여러 패킷에 걸친 흐름 제어·순서 제어는 지원하지 않는다(데이터그램 모델).

UDP는 다음 두 가지 기능을 제공한다.

• 호스트 내 통신 분배: 포트
• 데이터그램 완전성 검사: 체크섬

6. 응용 분야

UDP는 특정 애플리케이션에 적합한 여러 속성을 가지고 있다.

• 도메인 네임 시스템(DNS)이나 네트워크 시간 프로토콜(NTP)과 같이 간단한 쿼리-응답 프로토콜에 적합한 ''트랜잭션 지향적''이다. DNS는 1개의 쿼리에 빠르게 1개의 응답 패킷을 반환하기만 하므로 UDP를 사용한다.
• IP 터널링 또는 원격 프로시저 호출 및 네트워크 파일 시스템과 같은 다른 프로토콜을 모델링하는 데 적합한 ''데이터그램''을 제공한다.
• DHCP 및 TFTP와 같이 전체 프로토콜 스택 없이 부트스트래핑 또는 기타 목적에 적합하다.
• IPTV와 같은 스트리밍 미디어 애플리케이션과 같이 매우 많은 수의 클라이언트에 적합한 ''무상태''이다.
• OpenVPN과 같은 일부 VPN 시스템은 UDP를 사용하여 신뢰할 수 있는 연결을 구현하면서 애플리케이션 수준에서 오류 검사를 수행할 수 있다.

6. 1. 실시간 응용 프로그램

6. 2. 멀티캐스트/브로드캐스트 통신

7. 신뢰성 및 혼잡 제어

UDP는 신뢰성 및 혼잡 제어를 자체적으로 제공하지 않는다. 따라서 이러한 기능이 필요한 경우, 애플리케이션 수준에서 별도로 구현해야 한다.

UDP는 도메인 네임 시스템(DNS), 네트워크 시간 프로토콜(NTP)과 같이 간단한 질의-응답 프로토콜이나, IP 터널링, 원격 프로시저 호출(RPC), 네트워크 파일 시스템(NFS)과 같이 다른 프로토콜을 모델링하는 데 적합하다. 또한, DHCP, TFTP와 같이 전체 프로토콜 스택 없이 부트스트래핑이 필요한 경우에도 유용하다. IPTV와 같은 스트리밍 미디어 애플리케이션이나, VoIP, 온라인 게임, 실시간 스트리밍 프로토콜을 사용하는 프로토콜과 같이 실시간 애플리케이션에도 적합하다.

UDP를 사용하는 애플리케이션은 패킷 손실, 재정렬, 오류, 중복 등이 발생할 수 있다. 따라서 메시지 수신 확인 등 필요한 핸드셰이킹은 최종 사용자 애플리케이션에서 제공해야 한다. 높은 수준의 신뢰성이 필요한 경우에는 전송 제어 프로토콜(TCP)과 같은 프로토콜을 대신 사용할 수 있다.

7. 1. 신뢰성 메커니즘

7. 2. 혼잡 제어 부재

8. UDP 기반 프로토콜

QUIC는 UDP를 기반으로 구축된 전송 프로토콜이다. QUIC는 안정적이고 안전한 연결을 제공한다. HTTP/3는 신뢰성과 보안을 보장하기 위해 TCP와 TLS의 조합을 사용하는 이전 버전의 HTTPS와 달리 QUIC를 사용한다. 이는 HTTP/3가 TCP와 TLS에 대해 두 번의 개별 핸드셰이크를 갖는 대신 단일 핸드셰이크를 사용하여 연결을 설정한다는 것을 의미하며, 이는 전체 연결 설정 시간이 단축됨을 의미한다.^[12] OpenVPN과 같은 일부 VPN 시스템은 UDP를 사용하여 신뢰할 수 있는 연결을 구현하면서 애플리케이션 수준에서 오류 검사를 수행할 수 있다.

UDP는 다음과 같은 특정 애플리케이션에 적합하다.

• 도메인 네임 시스템, 네트워크 시간 프로토콜과 같은 간단한 쿼리-응답 프로토콜에 적합한 ''트랜잭션 지향적''이다.
• IP 터널링, 원격 프로시저 호출, 네트워크 파일 시스템과 같은 다른 프로토콜을 모델링하는 데 적합한 ''데이터그램''을 제공한다.
• DHCP, TFTP와 같이 전체 프로토콜 스택 없이 부트스트래핑 또는 기타 목적에 적합한 ''단순''하다.
• IPTV와 같은 스트리밍 미디어 애플리케이션과 같이 매우 많은 수의 클라이언트에 적합한 ''무상태''이다.
• VoIP, 온라인 게임, 실시간 스트리밍 프로토콜을 사용하는 많은 프로토콜과 같은 실시간 애플리케이션에 적합한 ''재전송 지연의 부재''
• 멀티캐스트를 지원하기 때문에, 서비스 검색, 정밀 시간 프로토콜, 라우팅 정보 프로토콜과 같은 공유 정보와 같은 브로드캐스트 정보에 적합하다.

9. 표준

^[1][2][3][4]

참조

_[1] 서적 Network Sales and Services Handbook
_[2] 서적 Windows Command Line: The Personal Trainer for Windows 8.1 Windows Server 2012 and Windows Server 2012 R2
_[3] 서적 Computer Networking: A Top-Down Approach Pearson Education
_[4] 서적 Data Networks IP and the Internet, 1st ed John Wiley & Sons Ltd
_[5] 웹사이트 UDP Protocol Overview http://ipv6.com/arti[...] Ipv6.com 2006-08-15
_[6] 서적 TCP/IP: Protocol Suite, 1st ed Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited
_[7] 서적 TCP/IP Illustrated: The protocols Addison-Wesley
_[8] 웹사이트 Compute 16-bit Ones' Complement Sum http://mathforum.org[...] John 2002-03-20
_[9] IETF Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification
_[10] IETF Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification
_[11] 웹사이트 The impact of UDP on Data Applications http://www.networkpe[...] Networkperformancedaily.com
_[12] 웹사이트 QUIC, a multiplexed stream transport over UDP https://www.chromium[...]
_[13] IETF
_[14] 서적 TCP/IP: Protocol Suite, 1st ed Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited
_[15] 서적 Computer Networking: A Top-Down Approach Pearson Education
_[16] IETF
_[17] 문서 IP header のみトランザクション成立
_[18] IETF
_[19] 웹사이트 UDP Protocol Overview http://ipv6.com/arti[...] Ipv6.com
_[20] IETF
_[21] IETF
_[22] 문서 「正常かわからないパケット」が存在せず、「壊れた/届かないパケット」と「正常なパケット」のみからなる
_[23] 문서
_[24] 서적 Data Networks IP and the Internet, 1st ed John Wiley & Sons Ltd
_[25] IETF
_[26] IETF
_[27] IETF
_[28] IETF
_[29] IETF
_[30] IETF
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_[32] IETF
_[33] IETF
_[34] IETF
_[35] 서적 マスタリング TCP/IP 入門編 第6版 オーム社
_[36] IETF RFC User Datagram Protocol //tools.ietf.org/htm[...] 1980-08
_[37] IETF RFC IPv6 and UDP Checksums for Tunneled Packets 2013-04
_[38] IETF RFC Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification //tools.ietf.org/htm[...] 1998-12
_[39] 웹사이트 The impact of voice/video on data applications http://www.serviceas[...] Networkperformancedaily.com 2011-08-17
_[40] 서적 Computer Networking: A Top-Down Approach https://archive.org/[...] Pearson Education 2010