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Develop/네트워크

네트워크 | TCP의 연결, 연결 해제 과정에 대해서 설명해주세요.

by Hoya324 2023. 11. 14.

TCP의 연결, 연결 해제 과정에 대해서 설명해주세요.

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TCP란?

  • TCP(Transmission Control Protocol)는 네트워크 프로토콜의 국제표준기준 OSI 7 계층(Open System Interconnect)의 4 계층 (Transport) 속하며, 3 계층(Network)의 IP 프로토콜과 같이 사용되기 때문에, TCP/IP 라고도 불린다image

목적

TCP 의 사용의 가장 큰 목적은 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 간 데이터 유실 없이 안정적으로 전송하는 것이다.

TCP 헤더

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  • 최소 20 byte ~ 최대 60 byte (옵션 지정시)

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TCP Flag

Flag란 무엇인가를 기억해야 하거나 또는 다른 프로그램에게 약속된 신호를 남기기 위한 용도로 프로그램에서 사용되는 미리 정의된 비트를 의미한다.

TCP Flag 종류

SYN (Synchronize) 연결 요청 플래그

  • TCP에서 세션을 성립할 때 가장 먼저 보내는 패킷이다.
  • 시퀀스 번호를 임의로 설정하여 세션을 연결하는데 사용되며 초기에 시퀀스 번호를 보내게 된다.

ACK (Acknowledgement) 응답 플래그

  • 상대방으로부터 패킷을 받았다는 것을 알려주는 패킷으로, 다른 Flag와 같이 출력되는 경우도 있다.
  • 송신 측에서 수신 측 시퀀스 번호에 TCP 계층에서 길이 또는 데이터 양을 더한 것과 같은 ACK를 보낸다. (일반적으로 +1을 하여 보낸다)
  • ACK 응답을 통해 보낸 패킷에 대한 성공, 실패를 판단하여 재전송 하거나 다음 패킷을 전송한다.

FIN (Finish) 연결 종료 플래그

  • 세션 연결을 종료시킬 때 사용되며, 더이상 전송할 데이터가 없음을 나타낸다.

RST (Reset) 연결 재설정 플래그

  • 재설정(Reset)을 하는 과정이며 양방향에서 동시에 일어나는 중단 작업이다.
  • 비정상적인 세션 연결 끊기에 해당한다. 이 패킷을 보내는 곳이 현재 접속하고 있는 곳과 즉시 연결을 끊고자 할 때 사용한다.

PSH (Push) 넣기 플래그

  • 버퍼가 채워지기를 기다리지 않고 데이터를 받는 즉시 전달하는 Flag. 데이터는 버퍼링 없이 OSI 7 Layer Application Layer의 응용프로그램으로 바로 전달한다.

URG (Urgent) 긴급 데이터 플래그

  • 긴급한 데이터의 우선순위를 다른 데이터의 우선순위보다 높여 긴급하게 데이터를 전달하는 Flag 이다.

TCP 연결과정(3-way-handshake)

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[State 정보]

  • CLOSED: 포트가 닫힌 상태
  • LISTEN: 포트가 열린 상태로 연결 요청 대기 중
  • SYN_RECV: SYNC 요청을 받고 상대방의 응답을 기다리는 중
  • ESTABLISHED: 포트 연결 상태
  • TIME-WAIT: Server로부터 FIN을 수신하더라도 일정시간(default: 240초)동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정
  1. SYN(Synchronize Sequence Number)
    1. 활성 오픈이되면 클라이언트가 서버에 SYN을 전송하여 수행한다.
  2. SYN-ACK
    1. Server는 Listen상태에서 SYN이 들어온 것을 확인한다.
    2. SYN 수신이 확인되면 SYN_RECV상태로 바뀌어 SYN-ACK로 응답한다.
    3. ACK 번호는 수신된 시퀀스보다 하나 더 큰 A+1로 설정되며, 서버가 패킷에 대해 선택한 시퀀스 번호는 또 다른 임의의 숫자인 B이다.
    4. 그 후 Server는 다시 ACK 플래그를 받기 위해 대기상태로 변경된다.
  3. ACK(Acknowledgement)
    1. SYN + ACK 상태를 확인한 Client는 서버에게 ACK를 보낸다.
    2. 시퀀스 번호는 수신된 승인 값 즉 A+1로 설정되고 ,승인 번호는 수신된 시퀀스 번호 즉 B+1보다 하나 큰 값으로 설정된다.
    3. 연결 성립(Established)이 된다.

1단계와 2단계(SYN, SYN-ACK)는 한 방향에 대한 시퀀스 번호를 설정하고 승인.

2단계와 3단계(SYN-ACK, ACK)는 다른 방향에 대한 시퀀스 번호를 설정하고 승인.

이 단계를 완료하면 클라이언트와 서버 모두 승인을 받고 전이중 통신이 설정

TCP 연결종료 및 상태변화(4-way-handshake)

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  • 클라이언트의 행동은 active하고 서버는 passive하다.
    • 연결하고자 하는 것이 클라이언트면 연결을 종료하는 것도 클라이언트여야 한다.
  1. 클 → 서 FIN + ACK
    1. 연결을 끊자고 하는 클라이언트는 established상태여야 연결을 끊을 수 있다.
    2. 그러면 클라이언트가 established상태에서 연결을 끊을려고 FIN+ACK를 같이 보낸다.
    3. FIN-WAIT-1 상태로 변경된다.
    4. 서버는 CLOSE_WAIT 상태가 된다.
  2. 서 → 클
    1. ACK(Acknowledgement)만 온 경우
      1. 서버는 CLOSE-WAIT상태로 변경된다.
      2. Client는 Server에서 FIN을 받기위해 FIN-WAIT-2 상태로 변경된다.
    2. FIN + ACK(Acknowledgement)이 온 경우
      1. 서버는 LAST_ACK 상태가 된다.
      2. 서버측에서 FIN+ACK가 오면 그때 클라이언트는 TIME_WAIT상태가 된다. → 이를 통해서도 클라이언트가 연결을 끊는 주체라는 것을 알 수 있다. 서버가 TIME_WAIT 상태면 비정상적인 특수상황
  3. 클 → 서 ACK(Acknowledgement)
    1. Client는 해지 준비가 되었다는 정상응답인 ACK를 Server에게 보낸다.
    2. Client는 timout에 의해 CLOSED상태로 변환된다.

TIME-WAIT 시간동안(일부 공통 값은 30초, 1분 ~ 2분) 로컬 포트는 새 연결을 할 수 없다.

TIME-WAIT 상태는 의도치않은 에러로 인해 연결이 데드락으로 빠지는 것을 방지 하며, 만약 에러로 인해 종료가 지연되다가 타임이 초과되면 CLOSED 상태로 변경된다.

Reference

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