📚 TCP 3 Way-Handshake

개념

• TCP/IP프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정
• 전송제어 프로토콜(TCP)에서 통신을 하는 장치간 서로 연결이 잘 되어있는지 확인하는 과정/방식
• 송수신자(데이터를 주고 받는 2사람이라고 생각하면 쉬울 것 같다)사이에 연결을 확인하는 과정

과정

• 양쪽 모두 데이타를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이타 전달이 시작하기전에 한쪽이 다른 쪽이 준비되었다는 것을 알수 있도록 한다.
• 양쪽 모두 상대편에 대한 초기 순차일련변호를 얻을 수 있도록 한다.
• SYN: synchronize sequence numbers(임의의 랜덤 숫자)
• ACK: acknowledgment (SYN+1한 값)
  

[STEP 1] 들려?

• A클라이언트는 B서버에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다.
• 이때 A클라이언트는 SYN 을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태, B서버는 Wait for Client 상태이다.

[STEP 2] 응 들려 너도 들려?

• B서버는 SYN요청을 받고 A클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK 와 SYN flag 가 설정된 패킷을 발송하고
• A가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다. 이때 B서버는 SYN_RECEIVED 상태가 된다.

[STEP 3] 응 들려

• A클라이언트는 B서버에게 ACK을 보내고 이후로부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 되는것이다.
• 이때의 B서버 상태가 ESTABLISHED 이다.
• 위와 같은 방식으로 통신하는것이 신뢰성 있는 연결을 맺어 준다는 TCP의 3 Way handshake 방식이다.

📚 TCP 4 Way-Handshake

• 3 Way-handshake는 TCP의 연결을 초기화 할 때 사용한다면,
• 4 Way-handshake는 세션을 종료하기 위해 수행되는 절차
  

과정

[STEP 1]

• 클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다. 이때 A클라이언트는 FIN-WAIT 상태가 된다.

[STEP 2]

• B서버는 FIN플래그를 받고, 일단 확인메시지 ACK 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가
• B서버의 CLOSE_WAIT상태다.

[STEP 3]

• 연결을 종료할 준비가 되면, 연결해지를 위한 준비가 되었음을 알리기 위해 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다. 이때 B서버의 상태는 LAST-ACK이다.

[STEP 4]

• 클라이언트는 해지준비가 되었다는 ACK를 확인했다는 메시지를 보낸다.
• A클라이언트의 상태가 FIN-WAIT ->TIME-WAIT 으로 변경된다.

Q. 만약 "Server에서 FIN을 전송하기 전에 전송한 패킷이 Routing 지연이나 패킷 유실로 인한 재전송 등으로 인해 FIN패킷보다 늦게 도착하는 상황"이 발생한다면 어떻게 될까요?

• Client에서 세션을 종료시킨 후 뒤늦게 도착하는 패킷이 있다면 이 패킷은 Drop되고 데이터는 유실될 것

• A클라이언트는 이러한 현상에 대비하여 Client는 Server로부터 FIN을 수신하더라도 일정시간(디폴트 240초) 동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 거치게 되는데 이 과정을 "TIME_WAIT" 라고 합니다. 일정시간이 지나면, 세션을 만료하고 연결을 종료시키며, "CLOSE" 상태로 변화합니다.

Q. 왜 2 way handshake는 안될까?

• TCP는 양방향 연결이기 때문에 클라이언트가 서버에게 존재를 알리고 서버에서도 클라이언트에게 존재를 알리고 대답을 얻어야된다. 그렇기 때문에 총 4단계가 필요하며, 축약한 것이 3단계이다 [1 단계. 클라이언트가 서버에게 존재를 알린다. 2단계. 서버가 클라이언트의 존재를 알았다고 대답을 하면서 클라이언트에게 내 존재를 알린다. 3단계. 클라이언트가 서버의 존재를 알았다고 대답을 한다.] 그렇기 때문에 2 way로는 부족하다.

Q. 왜 랜덤한 수를 SYN으로 전송하는 걸까?

• 이전에는 연결을 맺을 때 사용하는 포트르 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용했습니다. 따라서 두 통신 호스트(클라이언트/서버)가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재했습니다. 서버측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 number가 전송된다면, 이전의 connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있습니다. 이러한 가능성을 줄이기위해 난수로 SYN를 설정합니다.

reference
https://mindnet.tistory.com/entry/네트워크-쉽게-이해하기-22편-TCP-3-WayHandshake-4-WayHandshake [Mind Net]
https://hyemsinabro.tistory.com/157