[TCP] 3-way handshake와 4-way handshake

3-way handshake와 4-way handshake는 TCP 프로토콜에서 연결을 시작/종료할때 쓰는 방식이다.

우선 TCP부터 알아보자.

 

TCP

TCP란 연결 지향적 프로토콜로 데이터패킷을 주고받을때 신뢰성을 보장한다.

 

그외 특징으로는

• 흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 제어
• UDP보다 느린 대신 OSI 4계층(transport)에서 신뢰성 보장
• 파일을 분할해서 전송(MSS)
• 연결형 서비스로 가상 회선 방식을 제공

신뢰성을 보장하는 방식으로는 패킷을 보낸 후, 수신 확인(ACK)를 받는다.

제한시간내에 ACK가 오지 않는다면 패킷이 네트워크 중간에 손실되었다고 가정하고 다시 보낸다.

따라서 해당 방식때문에 신뢰성을 보장하지만 느리다.

(혼잡제어나 패킷을 보내는 방식은  흥미로운 부분이라 나중 글을 관련 부분으로 더 쓸 예정)

 

3-way handshake

연결하기 위해 두 장치의 논리적 접속을 성립하기 위해 사용하는 연결 확인 방식이다.

3번의 확인을 거친다고 해서 3 way handshake라 부른다

 

tmi) 4계층(transport)는 host 프로세스와 guest 프로세스 간 양 호스트 종단의 논리적 통신을 보장하고,

3계층(network)는 host와 guest 간 논리적 통신을 보장한다.

 

 

접속 시도시 client는 SYN 패킷을 보내 server에 접속 요청을 보낸다.

서버는 SYN 패킷을 받으면 접속이 가능하다는 의미로 client에세 SYN과 ACK 패킷을 보낸다.

client는 서버에세 SYN+ACK 패킷을 받았다면 이제 통신을 시작했다는 의미로 ACK를 보내고,

통신을 시작한다.

 

SYN (synchronize sequence numbers) - 연결 확인을 위해 보내는 무작위의 숫자값

ACK (acknowledgements) - Client 혹은 Server로부터 받은 SYN에 1을 더해 SYN을 잘 받았다는 ACK

ISN (Initial sequence numbers) - Client와 Server가 각각 처음으로 생성한 SYN

 

- SYN의 값에 무작위 수를 사용하는 이유?

• Connection을 맺을 때 사용하는 포트는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다. 따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용할 가능성이 존재한다. 서버 측에서 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 숫자가 전송된다면 이전의 connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있어 이러한 문제 발생 가능성을 줄이기 위해 ISN을 무작위 난수로 사용하는 것이다.

 

4-way handshake

4-way handshake는 반대로 가상 회선 연결을 해제할때 주고 받는 확인 작업이다.

4번의 확인과정을 거친다고 하여 4 way handshake라고 부른다.

 

흔히 client가 close를 요청하고, server가 확인하고 닫는다고 알려져 있는데

서버도 close를 요청할 수 있다.

그래서 먼저 4-way handshake를 요청하는 쪽을 Active Closer, 받는 쪽을 Passive Closer라 한다.

 

과정을 요약하자면

 

Active closer가 먼저 서버를 닫고 싶다는 FIN 요청을 보내고 FIN-wait 상태에 들어간다.

그럼 Passive closer는 알았다는 ACK를 보내고, close-wait 상태에 들어간다.

그리고 Passive closer는 통신을 종료할 준비가 완료되면 FIN 을 다시 Active closer에 보낸다.

Active Closer는 FIN을 받았으면 time-wait 과정에 들어가고 ACK를 passive closer에게 보낸다. 

passive closer는 ACK를 받으면 통신을 종료한다.

active closer는 time wait상태에서 대기하다가 통신을 종료한다.

 

 

time wait는 

 

먼저 연결을 끊는 (active closer) 쪽에 생성되는 소켓으로, 혹시 모를 패킷 전송 실패에 대비하기 위하여 존재하는 소켓이다.

time-wait가 없다면 패킷의 손실이 발생하거나 통신자 간 연결 해제가 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

 

 

읽어보면 좋을 글)

 

3 way handshake의 과정을 악용한 SYN flooding attack(보안)

https://run-it.tistory.com/51

SYN Flooding이란?

 

reference

 

https://seongonion.tistory.com/74

[네트워크] TCP 3-way & 4-way handshake란?

 

https://tech.kakao.com/2016/04/21/closewait-timewait/

CLOSE_WAIT & TIME_WAIT 최종 분석