[네트워크] UDP 프로토콜과 RDT

1. UDP (User Datagram Protocol): 최소한의 전송 서비스

UDP는 복잡한 제어 없이 데이터를 빠르게 던지는 "비연결형" 프로토콜입니다.

- 주요 특징

• 비연결성 (Connectionless): 송수신자 간 핸드셰이킹 없이 즉각 전송.
• 최선 노력 원칙 (Best-effort): 전송은 시도하나 손실, 순서 바뀜을 책임지지 않음.
• 오버헤드 최소화: 헤더가 단 8바이트로 매우 가벼움.
• 비정체 제어: 네트워크 상황에 상관없이 애플리케이션이 원하는 속도로 전송 가능.

- 실제 활용 사례

• 스트리밍 & 게임: 실시간성이 중요하며 약간의 데이터 손실을 감수할 수 있는 서비스.
• DNS (Domain Name System): 짧은 요청/응답 구조에 적합하며 빠른 응답이 생명.
• SNMP (Network Management): 네트워크 장애 상황에서도 장비 상태를 모니터링하기 위해 가벼운 UDP 사용.
• HTTP/3: 속도를 위해 UDP(QUIC)를 쓰되, 필요한 신뢰성은 앱 계층에서 직접 구현.

2. 에러 검출의 핵심: 인터넷 체크섬 (Checksum)

데이터가 전송 중 변형(Bit flip)되었는지 확인하는 수학적 장치입니다.

- 계산 단계 (송신측)

1. 16비트 분할: 데이터를 16비트 정수들의 나열로 취급.
2. 1의 보수 합 (1's complement sum): 모든 값을 더함.
3. Wraparound 처리: 덧셈 중 왼쪽 끝(MSB)에서 넘친 '1(Carry)'을 버리지 않고 다시 맨 오른쪽(LSB)에 더함.
4. 비트 반전 (Inversion): 합산 결과의 모든 비트를 뒤집어(0↔1) 체크섬 필드에 저장.

- 검증 단계 (수신측)

• 수신한 [데이터 합 + 체크섬]을 계산.
• 결과가 모든 비트가 1 (1111 1111 1111 1111)이면 정상. 하나라도 0이면 에러로 판단.

3. RDT (Reliable Data Transfer)의 인터페이스

애플리케이션과 네트워크 사이에서 신뢰성을 확보하기 위한 약속된 명령어들입니다.

• rdt_send(): 애플리케이션이 데이터를 보낼 때 호출.
• udt_send(): 신뢰할 수 없는 채널로 패킷을 전송.
• rdt_rcv(): 패킷이 수신측에 도착했을 때 호출.
• deliver_data(): 검증 완료된 데이터를 상위 앱으로 전달.

4. RDT의 단계별 발전 (Evolution)

1) rdt 1.0: 완벽한 채널

• 에러도, 손실도 없는 이상적인 환경.
• 동작: 단순히 데이터를 패킷화하여 보내고, 받아서 올림.

2) rdt 2.0: 비트 에러 발생 (ACK/NAK 도입)

• 메커니즘: 인간의 대화처럼 피드백(Feedback) 도입.
  • ACK: 잘 받았음 확인.
  • NAK: 에러 발생, 재전송 요청.
• 한계: ACK/NAK 신호 자체가 깨질 경우, 송신자는 패킷을 재전송하게 되고 수신자는 중복 패킷 문제를 겪음.
  • 이를 해결하기 위해 패킷에 순서 번호라는 식별자를 넣어서 만든게 rdt 2.1임

3) rdt 2.1: 중복 문제 해결 (Sequence Number)

• 해결책: 패킷에 순서 번호(Sequence Number)를 부여.
• 1비트 번호: Stop-and-Wait 방식이므로 0번과 1번만 번갈아 써도 중복 판별 가능.
• 수신자는 번호를 보고 이미 받은 거라면 데이터는 버리고 ACK만 다시 전송함.

5. 에러 수정 철학 비교

구분	백워드 (Backward / ARQ)	포워드 (Forward / FEC)
핵심	재전송 기반. 틀리면 다시 요청.	자체 복구 기반. 복구 정보 포함 전송.
특징	rdt, TCP의 기본 방식. 정확함.	실시간성 우수. 피드백 채널 불필요.
비유	틀린 문제 다시 풀어오기(재시험).	문제 옆에 미리 해설지 붙여주기.