TCP 3, 4-way handshake

TCP 헤더

TCP 헤더의 flag bit(code bit, control bit)
- ACK : 상대방으로부터 패킷을 받았다는 것을 알려주는 패킷(클라이언트가 보낸 최초의 SYN 패킷 이후에 전송되는 모든 패킷에 ACK 플래그 비트가 1로 설정되어야 함)
- SYN : 연결 설정 요구할 때 양쪽에서 최초로 보내는 패킷이다.(시퀀스 번호가 임의의 난수로 설정되어 세션 연결시 사용된다)
- FIN : 세션 연결을 종료할 때 사용되는 패킷. 더 이상 전송할 데이터가 없을 때 연결 종료 의사 표시의 의미이다.

클라이언트와 서버가 패킷을 주고 받으며 TCP connection을 수립하는 과정이다.

클라이언트(SYN(x)) → 서버
클라이언트가 서버와 연결을 요청하는 의미로 SYN(x) 패킷을 보낸다. x는 Sequence Number로 임의의 난수로 설정되고 세션 연결시 사용된다
서버(SYN(y), ACK(x+1)) → 클라이언트
서버는 클라이언트로부터 받은 SYN(x) 패킷에 대한 응답으로 ACK(x+1)패킷과 함께 자신도 연결을 요청한다는 의미로 SYN(y) 패킷을 보낸다
클라이언트(ACK(y+1)) → 서버
클라이언트는 서버로부터 SYN(y), ACK(x+1) 패킷을 받고 이에 대한 응답으로 ACK(y+1) 패킷을 보낸다.

초기 SYN 패킷의 Sequence Number(ISN)가 임의의 난수로 설정되는 이유

TCP connection을 맺을 때 사용되는 port의 범위가 유한하다. 다시말해 포트 번호가 재사용되기 때문에 과거에 사용된 “포트 번호 쌍”이 재사용될 수 있다.
서버는 클라이언트가 보낸 SYN 패킷의 Sequence Number를 보고 패킷을 구분하는데, 만약 ISN을 0부터 순차적으로 설정하면 해당 패킷이 이전 connection으로부터 전송된 패킷인지 현재 connection으로부터 전송된 패킷인지 알 수 없다.
위와 같은 가능성을 줄이고자 ISN을 임의의 난수로 설정한다.

TCP connection을 해제하는 과정이다.

클라이언트(FIN(x)) → 서버
클라이언트는 서버와 TCP connection을 해제하겠다는 의미로 FIN(x) 패킷을 전송한다
서버(ACK(x+1, y)) → 클라이언트
서버는 클라이언트의 FIN(x) 패킷에 대한 응답으로 ACK(x+1, y) 패킷을 보낸다. 그리고 나서 서버는 미처 전송하지 못한 패킷들을 전송한다.
- ACK 패킷의 Acknowledge Number는 x+1이고 Sequence Number는 y이다
서버(FIN(x+1, y+1)) → 클라이언트
서버가 패킷들을 모두 전송하면 클라이언트와 TCP connection을 해제하겠다는 의미로 FIN(x+1, y+1) 패킷을 보낸다.
- FIN 패킷의 Acknowledge Number는 x+1이고 Sequence Number는 y+1이다
클라이언트(ACK(y+2, x+1)) → 서버
클라이언트는 서버의 FIN 패킷에 대한 응답으로 ACK(y+2, x+1) 패킷을 보낸다.
- ACK 패킷의 Acknowledge Number는 y+2이고 Sequence Number는 x+1이다

TCP connection 해제 단계는 연결 수립 단계보다 한 단계 더 많을까?

클라이언트가 데이터 전송을 마쳐 connection을 해제하고 싶어도, 서버에서 아직 보내지 못한 잉여 패킷이 존재할 수 있기 때문이다.
따라서 (1) 서버는 클라이언트의 FIN 패킷에 대한 응답으로 ACK 패킷을 보내고 → (2) 잉여 패킷을 모두 전송한 뒤에 FIN 패킷을 보내기 때문에 한 단계가 더 많다.

TCP connection 해제 과정에서 서버가 전송한 패킷이 FIN 패킷보다 늦게 클라이언트에 도착하면 어떻게 될까?

세션이 종료된 이후 클라이언트에 도착한 패킷은 drop되어 데이터가 유실된다.
이를 막기 위해 클라이언트는 서버로부터 FIN 패킷을 받고 일정시간(default 240s)동안 세션을 유지하여 잉여 패킷을 기다린다. 이와 같은 상태를 TIME_WAIT라 한다.

Last updated 1 year ago