[Network] 3 & 4 way handshake

전송계층의 프로토콜 종류는 TCP, UDP 2가지가 있다.

TCP는 통신 노드들 사이의 신뢰있는 통신을 보장하는데, 신뢰를 보장하기 위해서는 기술적 방법이 필요하다.

“내가 너를 믿을 수 있니? - 응 믿을 수 있어” 와 같은 대화를 통해 신뢰를 보장하는 것이다 (말이 좀 웃기지만..)

TCP에서 첫 연결을 할 때 신뢰를 보장하는 기술이 3 way handshake,

연결을 종료할 때 하는 것이 4 way handshake이다.

TCP헤더에는 아래와 같은 6비트의 코드비트가 존재한다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
1비트	1비트	1비트	1비트	1비트	1비트

우리가 살펴봐야 할 비트는 ACK, SYN 두 비트이다. 이 두 비트로 3 way handshake가 일어나기 때문이다.

이 두 비트로 이루어지는 3 way handshake의 절차는 아래와 같다.

(1) 연결을 요청하는 클라이언트가 SYN비트를 1로 활성화하고 TCP헤드에 담아 연결 요청을 보낸다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	0	0	0	1	0

(2) 서버는 연결을 승인함(ACK)과 동시에 마찬가지로 클라이언트와의 연결 동기화를 요청(SYN)한다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	1	0	0	1	0

(3) 클라이언트 또한 연결을 승인(ACK)한다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	1	0	0	0	0

이렇게 세 번 통신하게 되므로, 이 과정을 3 way handshake라고 부르는 것이다.

연결된 통신을 종료하기 위해서는 4번의 과정이 필요하고, 이를 4 way handshake라 부른다.

4 way handshake에서 역할을 하는 비트는 SYN, ACK, FIN이다.

FIN은 말 그대로 ‘연결 종료 요청 비트’이다. 아래의 그림을 보자.

(1) 연결종료를 요청하는 클라이언트가 FIN비트를 1로 활성화하고 TCP헤드에 담아 연결 요청을 보낸다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	0	0	0	0	1

(2) 서버는 연결종료를 승인(ACK)하는 요청을 보내고, 연결이 종료될 때까지 기다린다 (CLOSE_WAIT 상태).

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	1	0	0	0	0

(3) 연결이 종료되면, 서버 또한 연결종료 요청(FIN)을 보낸다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	0	0	0	0	1

(4) 클라이언트 또한 연결종료를 승인(ACK)한다.

URG	ACK	PSH	RST	SYN	FIN
0	1	0	0	0	0

FIN 비트 전송 후 연결이 종료될 때 까지 CLOSE_WAIT시간차가 존재하므로,

서버는 ACK와 FIN을 한꺼번에 전송할 수 없다.

우선 ACK를 전송하고 연결이 종료되면 FIN을 송신하므로 절차가 한 번 더 필요하다.

자 그런데…

만약 서버가 FIN패킷을 보내기 전에 클라이언트에 다른 패킷들을 전송했는데,

지연으로 인해 클라이언트가 서버로부터 FIN패킷을 다른 패킷들보다 먼저 받게 된다면?

이 경우, 만약 클라이언트가 FIN패킷을 받자마자 연결을 종료해버리면 후속 도착한 패킷은 유실될 것이다.

따라서 클라이언트는 서버로부터 FIN을 수신하더라도 그 이후 default 240초의 대기시간을 갖는다.

이 시간을 TIME_WAIT라고 하며, 이 시간이 지나면 비로소 세션을 만료하고 연결을 종료하여 CLOSE상태가 된다.

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