TCP 3-way handshake와 4-way-handshake

written by sohyeon, hyemin 💡

1. TCP란?

TCP(Transmission Control Protocol)는 네트워크 계층 중 전송 계층에서 사용하는 프로토콜로, 트랜스포트 계층의 프로토콜의 하나로 웹이나 이메일, FTP와 같이 정확한 데이터 전달이 필요한 통신에 사용된다.
TCP는 데이터 전송에 신뢰성을 더하기 위해 데이터를 세그먼트(segment)라는 단위로 분할하고, 전송 속도를 조절하며, 데이터가 제대로 전달되지 않았을 경우 재전송을 하게 된다.

2. TCP의 특징

• 인터넷 상에서 데이터를 메시지의 형태로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜이다.
  • TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리한다.
• 높은 신뢰성을 보장한다.
• UDP와 비교했을 때 속도가 느리다.
• 흐름제어 및 혼잡제어를 제공한다.
  • 흐름제어
    • 데이터를 송신하는 곳과 수신하는 곳의 데이터 처리 속도를 조절하여 수신자의 버퍼 오버플로우를 방지한다.
  • 혼잡제어
    • 정보의 소통량이 많을 경우 패킷을 조금만 전송하여 혼잡 현상이 일어나는 것을 막는다.

3. TCP의 연결 설정 및 해제 과정

3-way handshake

TCP 통신을 이용하여 데이터를 전송하기 위해 네트워크 연결을 설정(Connection Establish) 하는 과정

• 즉, TCP/IP 프로토콜을 이용하여 통신을 하는 응용 프로그램이 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 의미한다.

1. Client -> Server: SYN

   • Client가 연결 요청 메시지 전송(SYN)한다.
   • Client가 최초로 데이터를 전송할 때 Sequence Number를 임의의 랜덤 숫자로 지정하고, SYN 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다.

2. Server -> Client: SYN + ACK

   • 접속 요청을 받은 Server가 요청을 수락했으며, Client도 포트를 열어달라는 메시지를 전송(SYN + ACK)한다.
   • Server는 Acknowledgement Number 필드를 Sequence Number + 1로 지정하고, SYN과 ACK 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다.

3. Client -> Server: ACK

   • 마지막으로 Client가 수락 확인(ACK)을 보내 연결을 맺는다.
   • 이때, 전송할 데이터가 있으면 이 단계에서 데이터를 전송할 수 있다.

4-way handshake

TCP의 연결을 해제(Connection Termination)하는 과정

1. Client -> Server: FIN

   • Client가 연결을 종료하겠다는 FIN 플래그를 전송한다.
   • Server가 FIN 플래그로 응답하기 전까지 연결을 계속 유지한다.

2. Server -> Client: ACK

   • Server는 일단 확인 메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날 때까지 기다린다. 이 상태가 TIME_WAIT 상태다.
   • Server는 Acknowledgement Number 필드를 Sequence Number + 1로 지정하고, ACK 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다.
   • 자신이 전송할 데이터가 남아있다면 이어서 계속 전송한다.

3. Server -> Client: FIN

   • Server가 통신이 끝났다면 연결 종료 요청에 합의한다는 의미로 Client에게 FIN 플래그를 전송한다.

4. Client -> Server: ACK

   • Client는 확인했다는 메시지(ACK)를 전송한다.
     
     

상태 정보

• CLOSED: 포트가 닫힌 상태다.
• LISTEN: 포트가 열린 상태로 연결 요청 대기 중이다.
• SYN-RECEIVED: SYN 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중이다.
• ESTABLISHED: 포트 연결 상태다.
• TIME_WAIT: 클라이언트는 서버로부터 FIN을 수신하더라도 일정시간 동안 세션을 남겨놓고 받지 못한 패킷을 기다리는 것을 말한다.

Reference & Additional Resources

• [Network] TCP 3-way handshaking과 4-way handshaking
• [네트워크 쉽게 이해하기 22편] TCP 3 Way-Handshake & 4 Way-Handshake