3-Way Handshake & 4-Way Handshake

3-Way Handshake 는 TCP에서 연결을 설정하는 과정이다.

4-Way HandShake 는 TCP에서 연결을 해제하는 과정이다.

SYN, ACK, FIN?

SYN이나 ACK, FIN 등은 TCP 통신에서 사용하는 Control Flag로, URG, PSH, RST등이 추가로 있다.

3-Way Handshake

3-Way Handshake는 TCP 통신을 이용하여 데이터를 전송하기 위해 네트워크 연결을 설정(Connection Establish) 하는 과정이다.

양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 되었다는 것을 보장하고, 실제로 데이터 전달을 시작하기 전에 한 쪽에서 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 말한다.

작동방식

Step 1 (SYN)

클라이언트는 서버와 커넥션을 연결하기 위해 SYN을 보낸다.
송신자가 최초로 데이터를 전송할 때 Sequence Number를 임의의 랜덤 숫자로 지정 후, SYN 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트를 전송한다.
Client : CLOSED - SYN_SENT
Server : LISTEN

Step 2 (SYN+ACK)

서버가 SYN(x)을 받고, 클라이언트에게 받았다는 신호인 ACK와 SYN 패킷을 보낸다. (seq : y, ACK : x + 1)
ACK Number 필드를 Sequence Number + 1 로 지정하고, SYN과 ACK 플래그 비트를 1로 설정한 세그먼트 전송
Client : CLOSED
Server : SYN_RCV

Step 3 (ACK)

클라이언트는 서버의 응답은 ACK(x+1)와 SYN(y) 패킷을 받고, ACK(y+1)을 서버로 보낸다.
Client : ESTABLISHED
Server : SYN_RCV => ACK => ESTABLISHED

4-Way Handshake

4-Way HandShake는 연결을 해체 (Connection Termination)하는 과정으로, FIN 플래그를 사용한다.

Termination의 종류

Termination에는 정상적인 연결 해제인 Graceful Connection release와 갑작스런 연결 해제인 Abrupt Connection release가 있다.
Graceful Connection release는 양쪽의 커넥션이 서로 닫기 전까지 열려 있고, Abrupt Connection release는 갑자기 한 TCP 엔티티가 연결을 강제로 닫는다.

작동방식

STEP1 (Client => Server:FIN(+ACK))

서버와 클라이언트가 연결된 상태에서 클라이언트가 close()를 호출하여 접속을 끊으려한다.
이때 클라이언트는 서버에게 연결을 종료한다는 FiN 플래그를 보낸다.(이때 FIN 패킷에는 실질적으로 ACK도 포함)

STEP2 (Server => Client:ACK)

서버는 FIN을 받고, 확인했다는 ACK를 클라이언트에게 보내고 자신의 통신을 끝날때까지 기다린다.(TIME_WAIT)
서버는 클라이언트에게 응답을 보내고 CLOSE_WAIT 상태에 들어간다. 그리고, 아직 남은 데이터가 있다면 마저 전송을 마친 후 close()를 호출한다.
클라이언트에서는 서버에서 ACK를 받은 후에 서버가 남은 데이터 처리를 끝내고 FIN 패킷을 보낼 때까지 기다리게 된다. (FIN_WATI2)

STEP3 (Server => Client:FIN)

데이터를 모두 보냈다면, 서버는 연결의 종료에 합의 한다는 뜻으로 FIN 패킷을 클라이언트에게 보낸 후에 승인 번호를 보내줄 때까지 기다리는 LAST_ACK 상태에 들어간다.

STEP4 (Client => Server:ACK)

클라이언트는 FIN을 받고, 확인했다는 ACK를 서버에게 보낸다.
아직 서버에게 받지 못한 데이터가 있을 수 있으므로, TIME_WAIT을 통해 기다린다. (실질적인 종료과정 CLOSED에 들어감)
이떄 TIME_WAIT은 의도치 않은 에러로 연결이 데드락으로 빠지는걸 방지한다. 만약 에러로 인해 종료가 지연되면, 시간이 초과되어 CLOSED상태로 들어간다.
서버는 ACK를 받은 후 소켓을 닫는다(Closed)
TIME_WAIT 시간이 끝나면 클라이언트도 닫는다(Closed)