[Network] TCP는 어떻게 안전하게 데이터를 교환할까? (3-Way-Handshake & 4-Way-Handshake)

TCP

 

지난 글에서 TCP는 안전하고 신뢰성 있는 데이터 전송 프로토콜이라고 다뤘었다.

 

그렇다면 TCP는 어떤 방식으로 데이터를 전송하기 때문에 안전한 것일까?

 

우선 TCP는 연결되어 있기 때문에 1대 1로 데이터를 주고 받는다.

 

즉, 서버와 클라이언트가 연결되어 데이터를 주고 받는 것이다.

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3-Way-Handshake

 

이 때 서버와 클라이언트 간의 데이터가 안전하게 전달되려면 연결이 확실하게 되어있는지 확인해야 할 것이다.

 

그 방법이 바로 "3-Way-Handshake" 이다.

 

이름이 3 way handshake인 이유는 3번 신호를 주고 받으며 연결되어 있는 상태를 확인하기 때문이다.

 

1. 클라이언트 -> 서버

 

클라이언트 측에서 먼저 서버에 연결하기 위해서 특정 숫자가 담긴 신호를 보낸다.

 

2. 서버 -> 클라이언트

 

서버는 클라이언트 측에서 보낸 패킷을 받고 전달 받았다는 신호를 서버에게 보낸다.

 

3. 클라이언트 -> 서버

 

다시 클라이언트 측에서 서버가 제대로 패킷을 받았다는 신호를 듣고 본격적으로 데이터를 보낸다.

 

출처: https://www.techopedia.com/definition/10339/three-way-handshake

 

아래 블로그에서 아주 비유를 적절하게 해놓았는데 "전화"로 생각하면 이해하기가 쉽다.

 

[정리] 3 Way-Handshake

 

1. 들려?

 

2. 응 들려! 넌 어때?

 

3. 나도 들려! 이제 말할게

 

가 바로 3-Way-Handshake가 되는 것이다.

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SYN과 ACK

 

SYN

 

위 3-Way-Handshake에서 특정 숫자를 보낸다고 설명했다.

 

바로 이 특정 숫자가 SYN(SYnchronize sequence Number)이다.

 

SYN은 임의의 랜덤 숫자를 의미하며 클라이언트에서 서버측에 연결 확인을 위하여 보내는 역할을 한다.

 

ACK

 

ACK 또한 특정 숫자로 이루어져 있는데, 이는 SYN이 보낸 숫자에 +1을 한 숫자이다.

 

ACK(ACKnowledgements)는 클라이언트 측에서 보낸 데이터를 잘 받았다라고 확인 시켜주는 역할을 한다.

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Statement

 

3-Way-Handshake를 통해 데이터를 주고 받는 과정에서 클라이언트와 서버는 데이터를 받을 준비하는 상태, 데이터를 받은 상태 등 여러 상태가 존재한다.

 

 

1. CLOSED

 

말 그대로 닫힌 상태인데, 이것은 데이터를 주고 받기 전 연결이 안된 기본 상태를 의미한다.

 

2. SYN-SENT

 

클라이언트 측에서 SYN을 보냈다는 상태로, 이 말은 다른 말로 서버측의 응답을 기다리고 있는 상태를 의미한다.

 

3. LISTEN

 

CLOSED 상태에 있던 서버가 데이터를 받을 준비가 되어 대기하는 상태를 의미한다.

 

4. SYN-RECEIVED

 

클라이언트 측에서 보낸 SYN을 서버 측에서 잘 받았다는 상태를 의미한다.

 

5. ESTABLISHED

 

연결이 성공적으로 되었다는 상태를 의미한다.

 

클라이언트 측에선 서버의 응답을 받으면 해당 상태가 되고, 서버 측에선 응답을 보내고 다시 클라이언트 측에서 데이터를 보내면 해당 상태가 된다.

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4-Way-Handshake

 

위에서 3-Way-Handshake를 통해 서버와 클라이언트를 연결하고 데이터를 안전하게 보내는 방법에 대해 살펴보았다.

 

그렇다면 데이터를 모두 전송이 끝나고 이제 연결을 해제해야 할 때는 어떻게 해야할까?

 

바로 "4-Way-Handshake"를 통해 양 측의 연결을 해제한다.

 

4-Way-Handshake는 말 그대로 3-Way-Handshake 보다 신호를 한번 더 주고 받아 총 4번의 신호를 주고 받는다.

 

1. 클라이언트 -> 서버

 

클라이언트 측에서 서버로 연결을 해제하겠다는 신호를 보낸다.

 

2. 서버 -> 클라이언트

 

서버 측에선 확인했다는 신호를 보내지만, 자신의 전송이 끝날 때까지 대기한다.

 

3. 서버 -> 클라이언트

 

서버 측에서 완전히 통신이 끝난 뒤 클라이언트 측에 연결을 해제하겠다고 신호를 보낸다.

 

4. 클라이언트 -> 서버

 

서버 측에서 보낸 연결 해제 신호를 받고 확인했다는 신호를 보낸다.

 

 

이것도 3-Way-Handshake와 같이 "전화"로 쉽게 비유하면 아래와 같다.

 

1. 나 이제 전화 끊고싶어

 

2. 응, 나 이거 까지만 말하고 끊을게

 

3. 이제 다 말했어 끊자!

 

4. 응, 그래~

 

가 4-Way-Handshake가 되는 것이다.

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FIN과 ACK

 

FIN

 

4-Way-Handshake에서 클라이언트 측에서 서버에 연결을 해제하겠다고 먼저 신호를 보낸다.

 

이 신호가 바로 "FIN(FINish)" 이다.

 

FIN message 혹은 FIN flag로 나타내며 연결을 종료하겠다는 신호를 의미한다.

 

ACK

 

3-Way-Handshake와 같이 요청에 응답했다는 신호를 의미한다.

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Statement

 

3-Way-Handshake와 마찬가지로 4-Way-Handshake도 연결을 해제하는 과정에서 연결을 끊는다 통보하는 상태, 연결 해제를 대기하는 상태 등 여러 상태가 있다.

 

1. FIN-WAIT

 

클라이언트 측에서 서버에 연결을 해제하겠다고 신호를 보낸 상태를 의미한다.

 

2. CLOSE-WAIT

 

서버 측에서 클라이언트로 부터 연결을 해제하겠다 신호를 받은 상태이며, 아직 전송이 끝날 때까지 대기하는 상태이다.

 

이러한 대기하는 상태는 전송이 끝나지 않은 데이터의 손실을 예방해준다.

 

3. LAST-ACK

 

서버 측에서 전송이 끝나고 클라이언트 측으로 전송이 완전히 끝났다는 신호를 보낸 상태이다.

 

4. TIME-WAIT

 

클라이언트 측에서 서버 측으로부터 전송이 끝났다는 신호를 받은 상태이며, 완전히 연결을 해제할 준비하는 상태이다.

 

CLOSE-WAIT과 마찬가지로 전송이 끝나지 않은 데이터의 손실을 예방해준다.

 

5. CLOSED

 

연결이 해제된 상태로 클라이언트 측과 서버 측의 기본 상태가 된다.