TCP
서로다른 컴퓨터끼리의 데이터 통신을 위한 프로토콜이다. OSI의 4계층인 전송계층(transport layer)에서 사용한다.
TCP의 특징
- 데이터를 segment 단위로 전달한다.
- sending buffer, receiving buffer를 이용해 데이터를 읽고 쓴다.
Numbering System
데이터 전송 과정에서 패킷이 손실될 수도 있다. 이 때, TCP는 어떤 패킷이 손실됐는지에 대한 정보를 알기 위해 모든 데이터 byte에 번호를 매긴다.
TCP header에는 sequence number이라는 필드가 존재한다. 해당 segment에 들어있는 data들 중, 가장 첫 번째 data byte에 매겨진 숫자가 sequence number가 된다.
TCP 연결설정 과정(3-way handshake)
TCP는 연결지향(connection-oriented)이다. 송신자와 수신자가 서로 연결되는 것에 동의해야 데이터를 주고받을 수 있다. sending buffer, receiving buffer를 구축하면 두 버퍼간에 데이터를 읽고 쓰는 형식으로 주고받을 수 있다.
1) 상대와 연결설정을 하기 위해 SYN을 보낸다.
2) 상대는 그 메시지에 대한 ACK + 나도 통신 준비가 되었다는 SYN을 함께 보낸다.(piggybacking)
3) 2번에서 받은 메시지에 대해 ACK을 보낸다.
TCP 연결해제 과정
3-way handshake
1) 상대와 연결해제를 하기 위해 FIN을 보낸다.
2) 상대는 그 메시지에 대한 ACK + 나도 해제하겠다는 FIN을 함께 보낸다.(piggybacking)
3) 2번에서 받은 메시지에 대해 ACK을 보낸다.
4-way handshake
client에서 server에게 더이상 보낼 데이터가 없어 FIN을 보냈지만, server는 client에게 보낼 데이터가 남아있는 상황인 경우, FIN과 ACK을 따로 보내게 된다.
1) 상대와 연결해제를 하기 위해 FIN을 보낸다.(client->server)
2-1) 상대는 그 메시지에 대한 ACK을 보낸다.
2-2) 상대와 연결해제를 하기 위해 FIN을 보낸다.(server->client)
3) 2번에서 받은 메시지에 대해 ACK을 보낸다.
2-1과 2-2사이에 server에서 client로 아직 처리되지 않은 데이터를 보낼 수 있고, client는 server에게 데이터를 보낼 수 없다. 이 상태를 Half-Close이라고도 한다.
TIME-WAIT이 필요한 이유
client->server방향의 연결은 이미 해제되어 있는 상황에서, client가 FIN을 받아 ACK을 server로 보내자마자 CLOSED된다고 가정하자. 이 경우 두 가지 문제가 발생할 수 있다.
- final ACK이 손실된 경우
client가 server로 FIN에 대한 ACK을 보냈는데 이 ACK이 손실된 상황에 문제가 발생할 수 있다. server는 ACK을 받지 못했기 때문에 FIN을 다시 한 번 보내지만, client는 CLOSED state이기 때문에 여전히 ACK을 보낼 수 없다.
- 패킷이 뒤늦게 도착하는 경우
client1이 연결을 해제하고, client2가 새롭게 연결됐다고 하자.
client2의 port number가 우연히 client1이 사용하던 port number와 동일한 상황이다.
server가 client1에게 보내야 했던 패킷이 뒤늦게 client2에게 도착했는데, 또 우연히 sequence number의 범위마저 비슷해 client2가 자신의 패킷으로 착각할 수 있다.
따라서 client가 last ACK을 보내고, 2 * MSL만큼의 시간동안 TIME-WAIT상태로 걸어준다.
