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TCP 연결 설정의 단계 (3-Way Handshake)

3-Way Handshake 간단 정리

  • 신뢰성 있는 TCP 연결을 설정하기 위해 Sender 와 Reciever 간 3개의 Segment가 교환됨
단계 방향 Seq Ack Flags
1. SYN A -> B x - SYN
2. SYN+ACK A <- B y x + 1 SYN, ACK
3. ACK A -> B x + 1 y + 1 SYN

주요 TCP State 목록

  • client - server 간 통신이라고 가정

TCP states

상태(State) 설명
LISTEN Server가 연결 요청(SYN)을 기다리는 중 (수동 대기 상태)
SYN_SENT Client가 SYN을 보내고 ACK를 기다리는 중
SYN_RECEIVED Server 가 SYN을 받고 SYN+ACK를 보낸 후 ACK를 기다리는 중
ESTABLISHTED 연결이 정상적으로 수립된 상태 (데이터 송수신 가능)
FIN_WAIT_1 연결 종료 요청(FIN) 을 보낸 후 상대의 ACK를 기다리는 중
FIN_WAIT_2 상대가 ACK를 보냈고, 이제 상대의 FIN을 기다리는 중
CLOSE_WAIT 상대가 FIN을 보냈고, 나는 아직 닫지 않음
LAST_ACK FIN을 보내고 상대의 ACK를 기다리는 중
TIME_WAIT 내 FIN/ACK 이후 상대가 보낼 수도 있는 패킷을 대비하여 대기 (보통 2MSL: 1-4분)
CLOSED 연결이 완전히 종료된 상태 (사용 안 함)

WireShark로 TCP 3-Way Handshake 직접 확인해보자

캡쳐할 Packet

  • netcat 명령어로 google에 HTTP 요청 시도 
      nc google.com
  GET / HTTP/1.1
  • 결과
    • HTTP 응답 헤더, HTML 파일 반환 
        HTTP/1.1 200 OK
  Date: Wed, 23 Apr 2025 02:39:29 GMT
  Expires: -1
  ...(생략)

0. DNS 조회

  • google.com 이라는 domain을 IP address로 변환하기 위해 DNS query가 이루어짐
  • DNS 질의는 대부분 UDP protocol (port 53) 사용
    • 응답 용량이 큰 경우, TCP protocol (port 53) 사용

DNS Query Packet

No. Time Source Destination Protocol Length Info
20 10.274590 my_ip 210.220.163.82 DNS 70 Standard query 0x98ef A google.com

DNS Query Image

  • type A: IPv4를 요청하는 DNS Query
  • Class IN: Internet

DNS Answer Packet

No. Time Source Destination Protocol Length Info
21 10.279067 210.220.163.82 my_ip DNS 86 Standard query response 0x98ef A google.com A 142.250.196.142

DNS Answer Image

  • Name google.com: 질의한 domain 이름
  • Type A: IPv4를 의미하는 DNS Record
  • Class IN: Internet
  • Time to Live 267: 267초동안 cache에 저장해둠. 재질의하지 않아도 유효한 응답을 줄 수 있다는 의미
  • Data length 4: IPv4 = 32 bit = 4 bytes

  • Address 142.250.196.142: 최종적으로 응답받은 IP Address

  • 추가 Tip
    • 알아낸 google.com의 IP Address로 Wireshark에 Filtering 하면 원하는 Packet을 좀 더 쉽게 찾을 수 있다.
    • ip.src == 142.250.196.142 || ip.dst == 142.250.196.142

1. Send SYN

  • Reciever 입장에서 설명
No. Time Source Destination Protocol Length Info
22 10.280463 my_ip 142.250.196.142 TCP 78 53747 → 80 [SYN] Seq=0 Win=65535 Len=0 MSS=1460 WS=64 TSval=596778860 TSecr=0 SACK_PERM
  • 53747 → 80: source의 임시 port → destination(google.com) 의 HTTP port
  • [SYN]: 연결 요청 Flag
  • Seq=0: Relative Sequence Number: 0
    • Sequence Number (raw): 2632373117
  • Win=65535: 윈도우 크기 (수신 버퍼 용량)
  • MSS=1460: 최대 segment 크기
  • WS=64: Window scaling 옵션
  • TSval=596778860 TSecr=0: TimeStamp 옵션 (for RTT 계산)
  • SACK_PERM: Selective ACK 허용 여부 (손실 복구 최적화)

2. Receive SYN, ACK

No. Time Source Destination Protocol Length Info
23 10.316859 142.250.196.142 my_ip TCP 74 80 → 53747 [SYN, ACK] Seq=0 Ack=1 Win=65535 Len=0 MSS=1412 SACK_PERM TSval=3455834059 TSecr=596778860 WS=256
  • 80 → 53747: destination(google.com)의 HTTP port → source의 임시 port
  • [SYN, ACK]: 연결 요청에 대한 수락 응답 Flag
  • Seq=0: Relative Sequence Number: 0
    • Sequence Number (raw): 2691239502
  • Ack=1: Relative Acknowledgment Number: 1 (SYN에 대한 응답, Seq + 1)
    • Acknowledgment number (raw): 2632373118 (=2632373117 + 1)
  • Win=65535: 윈도우 크기 (수신 버퍼 용량)
  • MSS=1412: 최대 segment 크기
  • WS=64: Window scaling 옵션
  • TSval=3455834059 TSecr=596778860: TimeStamp 옵션 (for RTT 계산)
  • SACK_PERM: Selective ACK 허용 여부 (손실 복구 최적화)

3. Send ACK

No. Time Source Destination Protocol Length Info
24 10.316962 my_ip 142.250.196.142 TCP 66 53747 → 80 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=131584 Len=0 TSval=596778896 TSecr=3455834059
  • 53747 → 80: source의 임시 port → destination(google.com) 의 HTTP port
  • [ACK]: 연결 확인 Flag
  • Seq=1: Relative Sequence Number: 1
    • Sequence Number (raw): 2632373118
  • Ack=1: Relative Acknowledgment Number: 1 (SYN에 대한 응답, Seq + 1)
    • Acknowledgment number (raw): 2691239503 (=2691239502 + 1)
  • Win=131584: 윈도우 크기 (수신 버퍼 용량)
  • TSval=596778896 TSecr=3455834059: TimeStamp 옵션 (for RTT 계산)

새롭게 알게 된 점

  • 요청을 보낼 때 Destination Port는 반드시 명시되어야 함
    • 요청하려는 서비스가 어떤 건지 알려주기 위해
  • 요청을 보낼 때 Source Port는 보통 자동으로 지정됨 (임시 포트. ephemeral port)
    • 응답을 어디로 받아야 할지 식별하기 위해 필요
  • TCP에서 ACK number는 ‘내가 다음으로 기대하는 sequence number’를 의미
    • 즉, 상대가 보낸 SYN의 seq=x에 대해 ACK=x+1을 보내면, 👉 “너의 SYN(x)을 잘 받았고, 그 다음 seq를 기다릴게” 라는 뜻

참고