🌐 UDP는 TCP에 비해 얼마나 빠를까? - YangJJune/U-Compass GitHub Wiki

실험 개요

TCP랑 UDP, UDP가 더 빠르다 비연결성, 신뢰성 보장 X 등 왜 빠른지도 이해를 할 수 있으나 그동안 들었던 의문은 도대체 얼마나 빠르다는건데? 였다.

 

실험 내용

UDP가 TCP 보다 얼마나 빠른 지 알아보자. 또한 이에 따른 defect는 없는지 알아보자.

 

환경 설정

※ 최대한 동일한 RTT가 될 수 있어야한다. 이를 고려하자

※ RTT : Round Trip Time, 인터넷 상에서 출발지에서 목적지로 가는 데 걸리는 시간

• 많은 양의 데이터를 (data send 수)를 보내보자

• 커다란 용량의 데이터를 보내보자 (어차피 패킷을 쪼개고 쏘는 게 똑같아서 위의 실험과 차이가 없다고 판단, 특이점이 있다면 TCP는 패킷을 알아서 쪼개주고 UDP는 패킷을 직접 쪼개야함)

  → 이때 각각의 상황에서 속도(소요 시간)와 배터리 성능을 고려하자

 

실험 모델

1:1 통신의 경우, server와 client 간에 소켓을 열기만 하면 된다.

 

특이사항 - localhost에서는 왜 차이가 안 날까?

** 1. 앱에서 데이터 전송** - 웹 브라우저로 http://127.0.0.1로 요청을 보내요. - 이 요청은 TCP/IP 스택을 통해 패킷으로 나가려고 하겠죠?

** 2. TCP/IP 스택에서 IP주소를 보고 루프백 NI로 갑니다.** - 목적지 주소 127.0.0.1을 확인했으니,이제 패킷을 외부로 보내지 않고 로컬로 다시 보냅니다.

** 3. 로컬로 패킷 전달** - 패킷은 다시 TCP/IP 스택 계층으로 전달되고, 올바른 포트로 전달됩니다.

** 4. 서버 앱 요청 수신** - 로컬 서버 앱은 이 요청을 수신하고, 적절한 응답을 생성하여 다시 루프백 인터페이스로 보냅니다. - 이 앱은 우리가 만든 node.js 앱이나 기타 앱들이 되겠죠?

** 5. 응답 패킷의 루프백 경로** - 응답 패킷도 동일한 과정을 거쳐 결국, 최종적으로 요청했던 앱인 로컬 브라우저로 전달됩니다.

정리하자면 localhost가 감지되는 순간 외부로 나가지 않고 내부에서 돌기 때문에 빠르다 출처 : https://velog.io/@480/localhost-%EC%9D%98-%EB%8F%99%EC%9E%91-%EC%9B%90%EB%A6%AC

 

실험 결과

각각 동일한 환경에서 총 3회씩 실행하고 평균으로 표현 (큰 차이 없음 확인)

※ 나중에 하단에 기술하겠지만 UDP의 경우 Timeout을 500ms로 걸음

localhost → localhost 상황

100,000회 TCP 42778ms UDP 41806ms   1,000,000회 TCP 394727ms UDP 406091ms

속도가 굉장히 빠르기에 증가폭도 굉장히 linear하며, 오히려 TCP가 더 빠르게 측정되기도 한다. 유의미한 차이는 없다고 보인다

로컬 내부 네트워크 → 로컬 내부 네트워크 (무선)

100회 TCP 1522ms UDP 1565ms   1,000회 TCP 18205ms UDP 9584ms   10,000회 TCP 163663ms UDP 21728ms   100,000회 TCP 1801237ms UDP 90765ms ⇒ 무려 20배 차이

모바일 → 서버 (실질 모델)

100 회 TCP 24680ms UDP 14618ms   1,000 회 TCP 240775ms UDP 158400ms   10,000 회 TCP 2457118ms UDP 754998ms

패킷 크기의 차이

TCP 패킷 442B UDP 패킷 321B

트러블슈팅

1. 메소드 이해 부족으로 인한 유사 데드락 발생

A. TCP의 경우

• socket.accept()의 경우 await와 동일하게 connect()가 들어올 때 까지 기다린다
• 이를 실수로 무한루프 안에 두어 매 통신마다 기다리는 상황 생김

※ 실제로 여러 소켓 통신을 열어야하는 경우 thread를 사용해야합니다

B. UDP의 경우

• 손실이 발생할 경우, 제대로 보내지지 않는 경우 그대로 상대방 응답을 리슨하는 상황이 되어버림.
• UDP의 단점인 손실 발생시 조치를 해줌(TIMEOUT 처리)

2. 에뮬레이터는 로컬통신을 지원하지 않으며 자체 라우터의 사용 및 고유 IP가 존재한다.

• 인스턴스는 라우터에 의해 격리되며 같은 네트워크에서 서로를 감지할 수 없다.

관련자료 : https://developer.android.com/studio/run/emulator-networking?hl=ko  

3. Broken pipeline Error

• TCP 통신이 끝났는데, 또는 어떠한 사유로 소켓이 닫혔는데 통신할 경우 발생한다 볼 수 있음

  생길 수 있는 경우

  1. 클라이언트 또는 서버가 소켓을 닫았는데 데이터를 보낸 경우
  2. 서버의 프로세스에 과부하가 걸려 처리할 수 없는 상황에 데이터를 보낸 경우
  3. etc..

4. 포트포워딩 이슈

1. 집 공유기 환경이 다소 복잡한데, 무선으로 연결된 모바일 디바이스와의 포트포워딩에 이슈가 있어 시간이 오래 걸렸음
2. 총괄 허브, 방 내의 Wi-Fi 공유기 포트포워딩 완료하여 해결하였다

유사한 상황에서 꼭 본인의 네트워크 환경을 잘 파악하고 해결해야 오래 막히지 않을 것이다.

결론

전송속도가 점점 느려질수록, RTT가 길어질 수록 TCP와 UDP 간의 속도 차이가 점점 벌어진다. 이 차이는 linear하지 않으며 exponential 하게 증가하는 것으로 보인다.

추가사항

• 배터리 성능에 대한 점검법에 대한 확인이 필요합니다 (Android Studio Profiler