3-way handshake

3-Way Handshake(3-웨이 핸드셰이크)는 TCP(Transmission Control Protocol)에서 신뢰성 있는 연결을 성립시키기 위해 사용하는 3단계의 초기 연결 절차입니다. 클라이언트와 서버가 서로를 신뢰하고, 데이터를 주고받을 준비가 되었는지를 확인하는 양방향 통신 채널 설정 과정입니다.

용도

• TCP 연결 설정을 위한 과정
• 통신 전에 양쪽이 송수신 준비 완료되었음을 확인
• 순서 보장 및 신뢰성 있는 데이터 전송을 위한 준비 단계

과정 요약

1. [SYN] 클라이언트 → 서버

클라이언트는 서버에 연결 요청을 하며, 자신의 초기 순서 번호(Sequence Number)를 포함해 SYN(synchronized) 패킷을 보냅니다.

Client: SYN = 1, Seq = x

2. [SYN + ACK] 서버 → 클라이언트

서버는 요청을 수락하며 자신의 초기 순서 번호를 포함한 SYN + ACK(Acknowledgment) 패킷을 클라이언트에 보냅니다. 또한 클라이언트의 시퀀스 번호에 1을 더해 응답 번호(Acknowledgment Number)로 사용합니다.

Server: SYN = 1, ACK = 1, Seq = y, Ack = x+1

3. [ACK] 클라이언트 → 서버

클라이언트는 서버의 응답을 확인하고, 서버의 시퀀스 번호에 1을 더한 ACK 패킷을 다시 서버로 보냅니다. 이 패킷부터는 실제 데이터도 함께 전송될 수 있습니다.

Client: ACK = 1, Seq = x+1, Ack = y+1

도식화

[Client]                                [Server]
   | ----------- SYN (Seq=x) ---------> |
   |                                    |
   | <------- SYN (Sqe=y) + ACK (x+1) - |
   |                                    |
   | ----------- ACK (y+1) -----------> |
   |                                    |
   |--------> 데이터 전송 시작 -----------> |

핵심 개념 정리

항목	설명
SYN	연결 요청을 의미 (Synchronize)
ACK	수신 확인 (Acknowledgment)
Seq	송신 측 시퀀스 번호 (데이터 순서 식별용)
Ack	수신 측이 다음에 기대하는 시퀀스 번호

3-Way Handshake가 필요한 이유

• 양측의 연결 의사 확인: 단방향이 아닌 양방향 모두 연결 가능한지 확인
• 시퀀스 번호 초기화: 데이터를 순서대로 재조립하기 위한 초기 번호 설정
• 초기 수신/송신 상태 동기화: 서로의 상태를 알아야 신뢰성 있는 통신 가능

보안 및 성능 고려

• SYN Flood 공격: 3-Way Handshake의 취약점을 이용한 DoS 공격 (SYN만 보내고 ACK는 안 보내는 방식)
  • 대응: SYN Cookie, 방화벽 임계값 설정, 커넥션 제한
• 지연 연결 문제: Handshake 자체가 왕복 RTT(왕복 지연 시간)가 필요 → HTTP/3에서는 QUIC 기반의 0-RTT 핸드셰이크로 해결

TCP vs UDP

항목	TCP (3-Way Handshake 필요)	UDP (Handshaking 없음)
연결 방식	연결지향(Connection-oriented)	비연결지향(Connectionless)
신뢰성	순서 보장, 재전송, 흐름 제어	보장 없음
속도	느림 (핸드셰이크 포함)	빠름 (바로 전송)
예시	HTTP, HTTPS, FTP, SSH 등	DNS, VoIP, 스트리밍 등