[Network] QUIC ( Quick UDP Internet Connections )

이번 포스팅은 QUIC에 대해 알아보겠습니다.

QUIC는 UDP 위에서 TCP + TLS의 기능을 합쳐서 구현한 전송 프로토콜입니다.

 

기존에 IP 위에서 동작하던 TCP/TLS/HTTP2를 IP/UDP/QUIC/HTTP3로 구현한 것입니다.

https://www.cdnetworks.com/ko/blog/what-is-quic/

 

QUIC가 나온 배경은 TCP의 속도 저하때문입니다.

TCP는 신뢰성은 좋지만, Head of Line Blocking문제가 존재했습니다.

https://medium.com/@aditimishra_541/head-of-line-blocking-explanation-and-designing-a-flexible-network-layer-6ef4b53488bc

HOL Blocking은 하나의 TCP 연결에서 여러 요청을 순차적으로 처리할 때 비효율이 생기는 현상입니다.

쉽게 말하면 하나의 패킷이 지연되면, 뒤에 있는 요청들이 같이 밀리는 문제입니다.

이를 해결하기 위해 HTTP/1.1에서는 브라우저가 여러 TCP 연결을 열어서 병렬 처리를 하려고 했습니다만 TCP 연결을 여러 개 만들면 핸드쉐이크와 커넥션 관리 비용이 증가합니다.

HTTP/2에서는 multiflexing을 도입하여 여러 요청/응답을 동시에 섞어서 보낼 수 있게끔 했지만 완전한 해결은 못했습니다.

이런 경우에 3,4번은 도착했지만 2번 패킷이 도착하지 않았으므로 기다려야하는게, TCP의 근본적인 HOL Blocking입니다.

 

QUIC는 TCP 핸드쉐이크가 없고, 안에 TLS가 통합되어 있어서 초기 연결 속도가 더 빠릅니다.

또한 UDP 기반이어서 여러 스트림을 독립적으로 관리하여 HOL Blocking이 없고, Connection ID를 사용해서 연결을 식별하여서 네트워크가 바뀌어도 같은 연결을 유지할 수 있습니다.

또 TLS가 기본 내장되어 있기에 대부분의 제어 정보까지 암호화를 합니다. 암호화는 TCP에서는 제공하지 않던 기능입니다.

TCP
- 연결 지향 전송 프로토콜
- OS 커널에서 처리
- TLS는 별도
- 하나의 순서 있는 바이트 스트림
- 패킷 손실 시 HOL Blocking 발생
- IP/Port 바뀌면 연결 유지 어려움

QUIC
- UDP 위에서 동작
- 애플리케이션 레벨에서 구현 가능
- TLS 1.3 기본 포함
- 스트림 단위 전송
- HOL Blocking 완화
- Connection ID로 네트워크 변경에 강함

 

QUIC는 HTTP/3 환경 그리고 모바일처럼 네트워크 전환이 잦은경우, 패킷 손실이 있는 네트워크에서는 좋은 성능을 보여주지만, UDP 차단 네트워크나 방화벽, IDS/IPS에서 분석이 어렵고, 호환성에 대한 문제점도 있기는 합니다.

아마 천천히 QUIC로 전환하는 추세가 나올 것 같지만 아직은 TCP를 완전히 대체하는 상위호환은 아닌 듯 합니다.

 

아까 wireshark로 패킷 모으다보니 QUIC 프로토콜도 몇개 잡히긴 했었습니다.

UDP헤더가 따로 있는걸 볼 수 있고요, 특이한점은 TCP가 아닌 UDP인데도 443번 포트를 사용합니다.

아래 QUIC 헤더가 있어서 봤는데, 일단 패킷 대부분이 암호화 되어 있어서 확인이 조금 어렵습니다.

Packet Type가 Initial이니 연결 시작하는 패킷임을 확인 가능합니다.

또 Source IP/Destination IP 대신 Connection ID를 사용하는 부분도 확인 가능합니다.

여기 reassembled in frame: 97이라고 되어있는데, 이게 해당 CRYPTO 데이터가 여러 QUIC 패킷에 나눠져 있어 97번 프레임에서 재조립해서 볼 수 있다는 내용입니다.

실제 핸드 쉐이크 내용은 97번 프레임을 봐야겠네요.

여기 97번 프레임 아래쪽을 보면 QUIC이 재조립되는 부분이 있습니다.

여기가 재조립된 QUIC 패킷입니다.

Client Hello 를 확인할 수 있습니다.

해당 패킷을 통해 Client Hello가 이뤄졌다는 아니고, 네트워크에서 오간 QUIC패킷 (여러 프레임으로 나눠짐)을 재구성해서 보여준 내용입니다.

 

https://www.cdnetworks.com/ko/blog/what-is-quic/

QUIC이란 무엇입니까? HTTP/3를 어떻게 향상합니까?

 

해당 블로그에 QUIC에 관련된 내용ㅇ ㅣ아주 잘 정리되어있으니 관심 있는 분들은 찾아서 보면 좋을 것 같습니다.

해양 선박 등의 IoT 환경에서 (연결이 불안정) 사용이 용이하겠네요.

 

++추가로 QUIC의 실제 사용에 대한 내용이 있어서 가져왔습니다.

제가 좋아하는 기업이 있어서 가져왔는데, 개발자센터에 관련된 포스팅도 있었습니다.

https://toss.tech/article/payments-legacy-1

20년 레거시를 넘어 미래를 준비하는 시스템 만들기

한번 읽어보면 좋을 것 같습니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사드립니다