[Network] TCP 3-way handshake / 4-way handshake

✏️ 3-way handshake

• TCP 통신을 이용하여 데이터를 전송하기 위해 네트워크 연결을 설정(Establish) 하는 과정
• 양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이터 전달을 시작하기 전에 한 쪽이 다른 한쪽이 준비되었다는 것을 알 수 있도록 한다.
• 즉, TCP/IP 프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용 프로그램이 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 말한다.

이미지 출저: https://sjlim5092.tistory.com/35

아래 세단계를 통해 세션이 수립(Establish)된다.

1) Client > Server : SYN

2) Server > Client : SYN, ACK

3) Client > Server : ACK

 

1)

Client는 Server에 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다.

이때, 클라이언트는 SYN을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYN-SENT 상태, 서버는 Wait for Client 상태이다

 

2)

서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK와 SYN flag가 설정된 패킷을 발송하고, 클라이언트가 다시 ACK으로 응답하기를 기다린다. 이때 서버는 SYN-RECEIVED 상태가 된다.

 

3)

클라이언트는 서버에게 ACK를 보내고 이후부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 되는 것이다.

이 때의 서버 상태가 ESTABLISHED이다.

 

위와 같은 방식으로 통신하는 것이 신뢰서어 있는 연결을 맺어주는 TCP의 3-way handshake 방식이다.

 

✏️ 4-way handshake

• 3-way handshake가 TCP의 연결을 초기화 하는데 사용한다면, 4-way handshake는 세션을 종료하기 위해 수행되는 절차이다.

1) Client -> Server : FIN

• Client가 Server에 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그를 전송
• Server가 FIN 플래그로 응답하기 전까지 연결을 계속 유지

2) Server -> Client : ACK

• Server는 일단 확인 메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날 때까지 기다린다.(이 상태가 TIME_WAIT 상태)
• Client는 ACK Number 필드(Sequence Number + 1)를 지정하고, ACK 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다.
• 자신이 전송할 데이터가 남아있다면 이어서 계속 전송한다.

3) Server -> Client : FIN

• Server가 통신이 끝났으면 연결 종료 요청에 합의한다는 의미로 Client에게 FIN 플래그 전송

4) Client -> Server : ACK

• Client는 확인했다는 메시지를 전송

📌 참고 - 플래그 정보

• TCP Header에는 CONTROL BIT(플래그 비트, 6 bit)가 존재하며, 각각의 bit는 "URG-ACK-PSH-RST-SYN-FIN"의 의미를 가진다.
  즉, 해당 위치의 bit가 1이면 해당 패킷이 어떠한 내용을 담고 있는 패킷인지를 나타낸다.
• SYN(Synchronize Sequence Number) / 000010
  연결설정. Sequence Number를 랜덤으로 설정하여 세션을 연결하는데 사용하며, 초기에 Sequence Number를 전송한다.
• ACK(Acknowledgement) / 010000
  응답확인. 패킷을 받았다는 것을 의미한다.
  Acknowledgement Number 필드가 유효한지를 나타낸다.
  양단 프로세스가 쉬지않고 데이터를 전송한다고 가정하면 최초 연결 설정 과정에서 전송되는 첫 번째 세그먼트를 제외한 모든 세그먼트의 ACK 비트는 1로 지정된다고 생각할 수 있다.
• FIN(Finish) / 000001
  연결 해제. 세션 연결을 종료시킬 때 사용되며, 더 이상 전송할 데이터가 없음을 의미한다.