[TCP] 3 way handshake & 4 way handshake

TCP(Transmission Control Protocol)란?

TCP는 네트워크 계층 중 전송 계층에서 사용하는 프로토콜로서, 장치들 사이에 논리적인 접속을 성립하기 위하여 연결을 설정하여 신뢰성을 보장하는 연결형 서비스 이다.

 

• 인터넷 상에서 데이터를 메세지의 형태(세그먼트 라는 블록 단위)로 보내기 위해 IP와 함께 사용하는 프로토콜이다. TCP와 IP를 함께 사용하는데, IP가 데이터의 배달을 처리한다면 TCP는 패킷을 추적 및 관리한다.
• 3-way handshaking과정을 통해 연결을 설정하고, 4-way handshaking을 통해 연결을 해제한다.
• 흐름제어 및 혼잡제어를 제공한다. 2022.06.26 - [CS 공부/네트워크] - [TCP] 흐름제어/혼잡제어 
• 높은 신뢰성을 보장한다. 대신, UDP보다 속도가 느리다.
• 연속성보다 신뢰성있는 전송이 중요할 때에 사용된다. 
• 전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 방식이다. 

[TCP] 흐름제어/혼잡제어

 

---

TCP의 연결 설정 및 해제 과정

 

★ 참고 배경지식 

 

포트(PORT) 상태 정보

CLOSED : 포트가 닫힌 상태
LISTEN : 포트가 열린 상태로 연결 요청 대기 중
SYN_RCV : SYN 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중
ESTABLISHED : 연결을 맺은 상태

 

TCP Header 안의 플래그 정보 

TCP Header에는 CONTROL BIT(플래그 비트, 6bit)가 존재하며, 각각의 bit는 “URG-ACK-PSH-RST-SYN-FIN”의 의미를 가진다. 해당 위치의 bit가 1이면 해당 패킷이 어떠한 내용을 담고 있는 패킷인지를 나타낸다.

SYN(Synchronize Sequence Number)
→ 연결 설정
→ Sequence Number를 랜덤으로 설정하여 세션을 연결하는 데 사용하며, 초기에 Sequence Number를 전송한다. 

ACK(Acknowledgement)
→ 응답 확인 (패킷을 받았다는 것을 의미)
→ Acknowledgement Number 필드가 유효한지를 나타낸다.

FIN(Finish)
→ 연결 해제
→ 세션 연결을 종료시킬 때 사용되며, 더 이상 전송할 데이터가 없음을 의미한다. 

 

 

3-way handshake란?

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

양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이터 전달이 시작하기 전에 한 쪽이 다른 쪽이 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 의미한다. 

 

 

※ Client(A) -> Server(B) / A 프로세스가 B 프로세스에 연결을 요청

 

 

1. A → B : SYN

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

2. B → A : SYN + ACK

• 접속 요청을 받은 프로세스 B가 요청을 수락했으며, 접속 요청 프로세스인 A도 포트를 열어 달라는 메시지 전송 (SYN+ACK)
• 수신자가 Acknowledgement Number 필드를 (Sequence Number + 1)로 지정하고, SYN과 ACK 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다. 

3. A → B : ACK

• 마지막으로 접속 요청 프로세스 A가 수락 확인을 보내 연결을 맺음 (ACK)
• 이때, 전송할 데이터가 있으면 이 단게에서 데이터를 전송할 수 있다.

 

---

 

4-way handshake란?

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

 

※ Client(A) -> Server(B) / A 프로세스가 B 프로세스에 연결 해제를 요청

 

 

1. A → B : FIN

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

2. B → A : ACK

• 프로세스 B는 일단 확인 메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날 때까지 기다린다. (이 상태가 TIME_WAIT 상태)
• 수신자는 Acknowledgement Number 필드를 (Sequence Number + 1)로 지정하고, ACK 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다.
• 그리고 자신이 전송할 데이터가 남아있다면 이어서 계속 전송한다.
  
  

3. B → A : FIN

• 프로세스 B가 통신이 끝났으면 연결 종료 요청에 합의한다는 의미로 프로세스 A에게 FIN 플래그를 전송
  
  

4. A → B : ACK

• 프로세스 A는 확인했다는 메시지를 전송