[TCP] 3 way handshake & 4 way handshake

연결을 성립하고 해제하는 과정을 말한다

3 way handshake - 연결 성립

TCP는 연결 지향 프로토콜이므로 통신 전에 3 way handshake로 연결을 성립한다.

이 과정의 목적은 단순히 "연결 시작"만이 아니다.

• 양 끝이 서로 도달 가능한지 확인
• 초기 sequence number를 동기화
• MSS, Window Scale, SACK Permitted, Timestamp 같은 TCP 옵션 협상

1. 클라이언트가 서버에게 SYN 패킷을 보냄 (sequence : x)

2. 서버가 SYN(x)을 받고, 클라이언트로 받았다는 신호인 ACK와 SYN 패킷을 보냄 (sequence : y, ACK : x + 1)

3. 클라이언트는 서버의 응답은 ACK(x+1)와 SYN(y) 패킷을 받고, ACK(y+1)를 서버로 보냄

이렇게 3번의 통신이 완료되면 연결이 성립된다. (3번이라 3 way handshake인 것)

4 way handshake - 연결 해제

TCP는 양방향(full-duplex) 통신이므로, 연결 해제도 각 방향이 독립적으로 종료된다. 그래서 보통 4 way handshake가 된다.

1. 먼저 종료를 시작한 쪽(active closer)이 상대에게 FIN을 보낸다.

2. 상대는 이를 확인하는 ACK를 보낸다. 이때 상대는 남은 데이터를 더 보낼 수 있다. (예: CLOSE_WAIT)

3. 상대도 자신의 전송을 마치면 FIN을 보낸다.

4. active closer는 마지막 ACK를 보내고 TIME_WAIT 상태로 들어간다.

• 상대는 마지막 ACK를 받은 뒤 CLOSED로 간다.

• TIME_WAIT 시간이 끝나면 active closer도 CLOSED가 된다.

이렇게 4번의 통신이 완료되면 연결이 해제된다.

참고: TIME_WAIT 상태

• 마지막 ACK를 보낸 쪽은 바로 연결을 완전히 닫지 않고 TIME_WAIT 상태에서 일정 시간 대기한다.
• 흔히 2MSL이라고 설명하지만, 실제 대기 시간은 구현체마다 다를 수 있다.
• 이유:
  • 지연된 이전 세그먼트가 뒤늦게 도착하는 상황 방지
  • 마지막 ACK가 유실되었을 때 상대의 FIN 재전송에 다시 ACK로 응답하기 위함

참고: 예외 상황

• 경우에 따라 RST로 즉시 연결을 끊을 수 있다.
• 양쪽이 거의 동시에 FIN을 보내는 simultaneous close도 가능하다.
• TIME_WAIT에 들어가는 쪽은 항상 "클라이언트"가 아니라, 마지막 ACK를 보낸 active closer이다.

[참고 자료]

링크