TCP 통신 과정 및 비정상 종료(TCP 3,4-way handshake)

TCP Handshake 란? 

OSI 7계층 중 Network layer에 해당하는 프로토콜인 TCP는 장치들 사이에 논리적인 접속을 성립(establish)하기 위하여 3-way handshake를 사용하고 세션을 종료를 성립하기 위해 

4-way handshake를 사용한다.

즉, TCP Handshake는 TCP/IP프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정을 의미한다.

3-way handshake 접속 과정

1. 클라이언트는 접속을 요청하는 SYN 패킷을 보낸다. 이때 클라이언트는 SYN 패킷을 보냄과 동시에 SYN/ACK 응답을 기다리기위해 SYN_SENT 상태로 변하게 된다.

2. 서버는 SYN 요청을 받고 클라이언트에게 요청을 수락하는 ACK 패킷과 SYN 패킷을 보내고 SYN_RCVD(SYN_RECEIVED)상태로 변하여 클라이언트가 ACK 패킷을 보낼 때 까지 기다리게 된다.

3. 클라이언트는 서버에 ACK 패킷을 보내고 이 후 ESTABLISHED 상태가 되어 데이터 통신이 가능하게 된다.

* 즉, ACK 패킷의 Acknowledgement Number는 신뢰적 데이터 전송을 위해 사용되는 것이다.

* ISN( Initialized Sequence Number ): 초기 시퀀스 번호 - SYN 패킷의 Sequence Number는 운영체제의 의해서 랜덤하게 생성된다.

* 동기화 요청에 대한 답신 - 클라이언트의 시퀀스 넘버에 +1을 해서 ack로 돌려준다.

4-way handshake 종료 과정

1. 서버와 클라이언트가 TCP 연결이 되어있는 상태에서 클라이언트가 접속을 끊기 위해 CLOSE() 함수를 호출하게 된다.

이후 CLOSE() 함수를 호출하면서 FIN segment를 보내게 되고 클라이언트는 FIN_WAIT1 상태로 변하게 된다.

2. 서버는 클라이언트가 CLOSE() 한다는 것을 알게되고 CLOSE_WAIT 상태로 바꾼 후 ACK segment를 전송한다.

즉, 클라이언트가 끊을 것이라는 신호를 받았다는 의미이고 CLOSE_WAIT를 통해 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는 상태가 된다.

3. ACK segment를 받은 클라이언트는 FIN_WAIT2로 변환되고 이때 서버는 CLOSE() 함수를 호출하고 FIN segment를 클라이언트에게 보낸다.

4. 서버도 연결을 닫았다는 신호를 클라이언트가 수신하면 ACK segment를 보낸 후 TIME_WAIT 상태로 전환된다.

이 후 모든것이 끝나면 CLOSED 상태로 변환된다. 

비정상 종료 상황

TCP에서는 연결 할 때보다 연결을 종료 할 때 더 예기치 못한 상황들이 일어나게 되는데 다양한 상황에 따른 연결의 종료를 적절하게 처리하지 못하면, FIN_WAIT_1, FIN_WAIT_2, CLOSE_WAIT 상태로 남아 계속 기다리는 상황이 올 수 있다.

- CLOSE_WAIT 상태 : 어플리케이션에서 close()를 적절하게 처리해주지 못하면, TCP 포트는 CLOSE_WAIT 상태로 계속 기다리게 된다. 이렇게 CLOSE_WAIT 상태가 statement에 많아지게 되면, Hang 이 걸려 더이상 연결을 하지 못하는 경우가 생기기도 한다. 따라서 어플리케이션 개발시 여러 상황에 따라 close() 처리를 잘 해줘야 한다.

- FIN_WAIT_1 상태 : FIN_WAIT_1 상태라는 것은 상대방측에 커넥션 종료 요청을 했는데, ACK를 받지 못한 상태로 기다리고 있는 것이다. 이것은 아마 서버를 찾을 수 없는 것으로, 네트워크 및 방화벽의 문제일 수 있다.

(FIN_WAIT_1 의 상태는 일정 시간이 지나 Time Out이 되면 자동으로 Closed한다.)

- FIN_WAIT_2 상태 : FIN_WAIT_2 상태는 클라이언트가 서버에 종료를 요청한 후 서버에서 요청을 접수했다고 ACK를 받았지만, 서버에서 종료를 완료했다는 FIN 을 받지 못하고 기다리고 있는 상태이다. 이상태는 양방의 두번의 통신이 이루어졌기 때문에 네트워크의 문제는 아닌 것으로 판단되며,(FIN 을 보내는 순간에 순단이 있어 못받은 것일 수도 있다.) 서버측에서 CLOSE를 처리하지 못하는 경우일 수도 있다. FIN_WAIT_2 역시 일정시간 후 Time Out이 되면 스스로 Closed 하게 된다.

- 어떠한 이유에서 FIN_WAIT_1과 FIN_WAIT_2 상태인 연결이 많이 남아있다면, 문제가 발생할 수 있다. 물론 일정 시간이 지나 Time Out이 되면 연결이 자동으로 종료되긴 하지만, 이 Time Out이 길어서 많은 수의 소켓이 늘어만 난다면, 메모리 부족으로 더 이상 소켓을 오픈하지 못하는 경우가 발생한다.

(이 경우는 네트워크나 방화벽 또는 어플리케이션에서 close() 처리 등에 대한 문제등으로 발생할 수 있으며, 원인을 찾기가 쉽지 않다.)

출처: http://hyeonstorage.tistory.com/287