'TCP 3-way-handshake & 4-way-handshake'는 무엇일까?

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'TCP 3-way-handshake & 4-way-handshake'는 무엇일까?

woo0doo 2023. 1. 13. 00:39

TCP란?

TCP는 네트워크 계층 중 전송 계층에서 사용하는 프로토콜 중 하나로, 신뢰성을 보장하는 연결형 서비스이다.

TCP 특징

전송되는 데이터의 신뢰성 보장 (흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 제어)
파일전송에 주로 사용
가상 회선을 만들어 신뢰성을 보장

※ TCP가 가상회선 방식을 제공한다는 것은 발신지와 수신지를 연결하여 패킷을 전송하기 위한 논리적 경로를 배정한다는 말이다.

3-way-handshake

연결하고자 하는 두 장치 간의 논리적 접속을 성립하기 위해 사용하는 연결 확인 방식으로, 3번의 확인 과정을 거친다고 해서 3 way handshake라고 부른다.

TCP 3-way-handshake를 간단히 표현하면 다음과 같다.

Client -> Server : 내 말 들려?
Server -> Client : 잘 들려. 내 말은 들려?
Client -> Server : 잘 들려!

SYN (synchronize sequence numbers) - 연결 확인을 위해 보내는 무작위의 숫자값 (내 말 잘 들려?)

ACK (acknowledgements) - Client 혹은 Server로부터 받은 SYN에 1을 더해 SYN을 잘 받았다는 ACK (잘 들려)

이를 적용하면

A 프로세스(client)가 B 프로세스(Server)에 연결을 요청

1. A(CLOSED) -> B(LISTEN) : SYN(a)

프로세스 A가 연결 요청 메시지 전송 (SYN)
이 때 sequence number를 임의의 랜덤 숫자 a로 지정하고, SYN 플래그 비트를 1로 설정한 segment를 전송한다.

2. B(SYN_RCV) -> A(CLOSED) : ACK(a+1), SYN(b)

연결 요청 메시지를 받은 프로세스 B는 요청을 수락(ACK)했으며, 요청한 A 프로세스도 포트를 열어달라(SYN)는 메시지 전송
받은 메시지에 대한 수락에 대해서는 ACK number를 SYN number + 1 로 지정하여 표현한다. 그리고 SYN과 ACK 플래그 비트를 1로 설정한 segment를 전송한다.

3. A(ESTABLISHED) -> B(SYN_RCV): ACK(b+1)

마지막으로 프로세스 A가 수락 확인을 보내 연결을 맺음 (ACK)
이 떄, 전송할 데이터가 있으면 이 단계에서 데이터를 전송할 수 있다.

  ㅇ SYN (Synchronize)  [연결시작,회선개설 용도]
     - TCP 연결설정 초기화를 위한 순서번호의 동기화  ☞ TCP 연결 설정
        . 연결요청  : SYN=1, ACK=0   (SYN 세그먼트)
        . 연결허락  : SYN=1, ACK=1   (SYN+ACK 세그먼트)
        . 연결설정  : ACK=1          (ACK 세그먼트)

ㅇ ACK (Acknowledgement)
     - 확인응답 필드에 확인응답번호(Acknowledgement Number) 값이 셋팅됐음을 알림
        . 1로 셋팅되면, 확인번호 유효함을 뜻함
        . 0로 셋팅되면, 확인번호 미포함 (즉, 32 비트 크기의 확인응답번호 필드 무시됨)
     - SYN 세그먼트 전송 이후(TCP 연결 시작후) 모든 세그먼트에는 항상 이 비트가 1로 셋팅됨

상태 설명

CLOSED	연결 수립을 시작하기 전의 기본 상태 (연결 없음)
LISTEN	포트가 열린 상태로 연결 요청 대기 중
SYN-SENT	SYN 요청을 한 상태
SYN-RECEIVED	SYN 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중
ESTABLISHED	연결의 수립이 완료된 상태, 서로 데이터를 교환할 수 있다.

즉 이 예시의 최종 PORT 상태 : A-ESTABLISHED, B-ESTABLISHED (연결 수립)

Client가 연결하고자 하는 Server에게 seq port (2915269997) 전송
Server가 해당 seq pory를 받고 해당 숫자에 1을 더한 ack port (2915269998) + Client의 연결을 확인하고자 하는 seq port (1458477026) 전송
Client가 Server의 seq port를 받고 해당 숫자에 1을 더한 ack port (1458477027)을 Server에 전송

TCP 4-way-handshake

3 way handshake와 반대로 가상 회선 연결을 해제할 때 주고 받는 확인작업이다. 이 역시 4번의 확인과정을 거친다고 하여 4 way handshake라고 부른다.

TCP 4 way handshake를 간단히 표현하면 다음과 같다.

A -> B: 나는 다 보냈어. 이제 끊자!
B -> A: 알겠어! 잠시만~
B -> A: 나도 끊을게!
A -> B: 알겠어!

FIN (Finish) - TCP 연결을 종료하겠다는 메시지

A 프로세스(client)가 B 프로세스(Server)에 연결 해제를 요청

1. A(ESTABLISHED) -> B(ESTABLISHED) : FIN

프로세스 A가 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그를 전송
프로세스 B가 FIN 플래그로 응답하기 전까지 연결을 계속 유지

2. B(CLOSE_WAIT) -> A(FIN_WAIT_1) : ACK

프로세스 B는 일단 확인 메시지(ACK)를 보내고 자신의 통신이 끝날 때까지 기다린다.
ACK Number를 SYN Number +1로 지정하고, ACK 플래그 비트를 1로 설정한 segment를 전송한다.
그리고 자신이 전송할 데이터가 남아있다면 이어서 계속 전송한다. (클라이언트 쪽에서도 아직 서버로부터 받지 못한 데이터가 있을 것을 대비해 일정 시간동안 세션을 남겨놓고 패킷을 기다린다. 이를 TIME_WAIT 상태라고 한다.)

3. B(CLOSE_WAIT) -> A(FIN_WAIT_2) : FIN

프로세스 B의 통신이 끝나면 이제 연결 종료해도 괜찮다는 의미로 프로세스 A에게 FIN 플래그를 전송한다.

4. A(TIME_WAIT) -> B(LAST_ACK) : ACK

프로세스 A는 FIN 메시지를 확인했다는 메시지를 전송 (ACK)
프로세스 A로부터 ACK 메시지를 받은 프로세스 B는 소켓 연결을 해제한다.

상태 설명

CLOSE	연결 수립을 시작하기 전의 기본 상태 (연결 없음)
ESTABLISHED	연결의 수립이 완료된 상태, 서로 데이터를 교환할 수 있다.
CLOSE-WAIT	상대방의 FIN(종료 요청)을 받은 상태. 상대방 FIN에 대한 ACK를 보내고 애플리케이션에 종료를 알린다.
LAST-ACK	CLOSE-WAIT 상태를 처리 후 자신의 FIN요청을 보낸 후 FIN에 대한 ACK를 기다리는 상태.
FIN-WAIT-1	자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 기다리거나 상대방의 FIN을 기다린다.
FIN-WAIT-2	자신이 보낸 FIN에 대한 ACK를 받았고 상대방의 FIN을 기다린다.
CLOSING	상대방의 FIN에 ACK를 보냈지만 자신의 FIN에 대한 ACK를 못받은 상태
TIME-WAIT	모든 FIN에 대한 ACK를 받고 연결 종료가 완료된 상태. 새 연결과 겹치지 않도록 일정 시간 동안 기다린 후 CLOSED로 전이한다.

즉 이 예시의 최종 PORT 상태 : A-CLOSED, B-CLOSED(연결 해제)

참고:

https://github.com/Seogeurim/CS-study/tree/main/contents/network

https://seongonion.tistory.com/74