TCP 개요: TCP의 정의

TCP(Transmission Control Protocol)는 컴퓨터 네트워크에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 핵심 프로토콜입니다. 인터넷을 포함한 다양한 네트워크 환경에서 폭넓게 사용되며, 특히 연결 지향적(connection-oriented) 통신이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 웹 브라우징, 이메일 전송, 파일 다운로드 등 수많은 인터넷 서비스가 TCP를 기반으로 동작합니다.

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1. TCP란 무엇인가?

TCP는 데이터를 안전하고 순차적으로 전송하는 프로토콜로, 송신자와 수신자 간 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터 교환을 보장합니다. 이를 위해 TCP는 패킷 손실 복구, 데이터 순서 보장, 흐름 제어 및 혼잡 제어 등의 기능을 포함하고 있습니다.

TCP의 동작 방식은 다음과 같은 주요 기능을 통해 이루어집니다.

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2. TCP의 주요 특징

✅ 1) 연결 지향적(Connection-Oriented) 통신

TCP는 데이터를 전송하기 전에 송신자와 수신자 간 논리적인 연결(logical connection) 을 설정해야 합니다. 이를 위해 3-way 핸드셰이크(Three-way Handshake) 라는 과정을 거치며, 이 과정에서 두 장치는 서로 통신할 준비가 되었음을 확인합니다.

✔ 3-way 핸드셰이크 과정:

1. SYN (Synchronize) → 클라이언트가 서버에 연결 요청을 보냅니다.
2. SYN-ACK (Synchronize-Acknowledge) → 서버가 요청을 승인하고 응답을 보냅니다.
3. ACK (Acknowledge) → 클라이언트가 최종적으로 확인 응답을 보내고 연결이 완료됩니다.

💡 예시:
웹 브라우저가 웹 서버에 접속할 때, 먼저 TCP 연결이 설정된 후 HTTP 요청이 전송됩니다.

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✅ 2) 신뢰성 있는 데이터 전송(Reliability)

TCP는 패킷 손실(Packet Loss), 데이터 오류, 패킷 순서 오류를 감지하고 복구하는 기능을 갖추고 있습니다.

✔ 데이터 전송 과정:

• TCP는 데이터를 작은 세그먼트(Segment) 단위로 나누어 전송합니다.
• 각 세그먼트는 시퀀스 번호(Sequence Number) 를 포함하며, 수신자는 이 번호를 기반으로 올바른 순서대로 데이터를 재조립합니다.
• 만약 패킷이 손실되거나 손상되었다면, 송신자는 해당 패킷을 다시 전송(재전송)하여 신뢰성을 유지합니다.

💡 예시:
이메일 전송 시 TCP가 패킷을 손실 없이 정확하게 전송하도록 보장하여, 이메일이 완전한 형태로 수신됩니다.

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✅ 3) 흐름 제어(Flow Control)

흐름 제어는 송신자가 수신자의 처리 속도를 초과하는 데이터를 전송하지 않도록 제어하는 기능입니다.

✔ 동작 방식:

• TCP는 수신자가 현재 처리할 수 있는 데이터 크기(윈도우 크기, Window Size) 를 송신자에게 전달합니다.
• 송신자는 수신자가 처리 가능한 만큼만 데이터를 전송하고, 수신자의 처리 상태를 지속적으로 확인하면서 데이터 전송 속도를 조절합니다.

💡 예시:
대용량 파일 다운로드 시 네트워크 상태에 따라 전송 속도가 자동으로 조절되어 서버가 클라이언트에게 과부하를 주지 않도록 관리됩니다.

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✅ 4) 혼잡 제어(Congestion Control)

TCP는 네트워크의 혼잡(Congestion)을 감지하고, 데이터 전송 속도를 조절하여 네트워크 전체의 성능을 최적화합니다.

✔ 혼잡 제어 알고리즘:

• 슬로우 스타트(Slow Start) → 처음에는 적은 양의 데이터를 전송하고, 점진적으로 전송량을 증가
• 혼잡 회피(Congestion Avoidance) → 네트워크 트래픽이 혼잡해지면 전송 속도를 줄여 과부하를 방지
• 빠른 재전송(Fast Retransmit) → 패킷 손실이 감지되면 즉시 재전송하여 성능 저하 방지

💡 예시:
온라인 게임, 실시간 스트리밍 등에서는 네트워크 상태가 급변할 수 있기 때문에 TCP의 혼잡 제어가 원활한 데이터 스트리밍을 보장하는 중요한 역할을 합니다.

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3. TCP의 활용 예시

TCP는 다양한 인터넷 서비스에서 핵심적인 역할을 수행합니다.

사용 사례	설명
웹 브라우징 (HTTP/HTTPS)	TCP를 통해 웹 페이지의 텍스트, 이미지, 동영상 등을 신뢰성 있게 전송
파일 전송 (FTP)	대용량 파일을 안전하게 다운로드 및 업로드
이메일 (SMTP, IMAP, POP3)	메일 전송 시 데이터 손실 없이 정확하게 전달
화상 통화 및 VoIP	패킷 손실을 최소화하여 안정적인 음성 및 영상 통신 보장
원격 접속 (SSH, Telnet)	네트워크를 통해 서버에 안전하게 접속하여 명령을 실행

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4. TCP vs. UDP

TCP 외에도 데이터 전송을 위한 또 다른 주요 프로토콜로 UDP(User Datagram Protocol) 가 있습니다.

구분	TCP	UDP
연결 방식	연결 지향 (3-way 핸드셰이크 필요)	비연결 지향 (핸드셰이크 없음)
신뢰성	패킷 손실 시 재전송 (높은 신뢰성)	손실된 패킷 재전송 없음 (낮은 신뢰성)
속도	상대적으로 느림	빠름
흐름 제어 및 혼잡 제어	제공	제공하지 않음
사용 사례	HTTP, FTP, 이메일, 원격 접속	DNS, VoIP, 실시간 스트리밍, 온라인 게임

💡 TCP는 신뢰성이 중요한 서비스에 적합하지만, 속도가 중요한 경우 UDP가 더 유리합니다.

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5. 결론

TCP는 현대 인터넷 통신의 핵심 프로토콜로, 안정적인 데이터 전송을 보장하는 데 필수적인 역할을 합니다.

✔ TCP의 핵심 기능 요약:

• 연결 지향적 프로토콜 → 3-way 핸드셰이크를 통한 연결 설정
• 신뢰성 보장 → 데이터 순서 보장 및 패킷 손실 시 재전송
• 흐름 제어 → 수신자의 처리 속도에 맞춰 데이터 전송량 조절
• 혼잡 제어 → 네트워크 트래픽 과부하 방지

인터넷을 포함한 다양한 네트워크 환경에서 TCP는 필수적인 역할을 하며, 이를 이해하는 것은 네트워크 및 시스템 개발에서 매우 중요한 요소입니다. 🚀