TCP 4-Way Handshake와 TIME_WAIT

4-Way Handshake

4-way handshake는 TCP에서 클라이언트와 서버가 연결을 해제할 때 사용하는 절차다. 연결을 맺는 과정과 TCP 플래그는 IP의 한계와 TCP·UDP, 3-Way Handshake에 정리했다.

종료 과정

클라이언트가 먼저 종료를 요청한다고 하자.

1. 클라이언트가 서버에 FIN을 보내고 FIN_WAIT_1 상태가 된다.
2. 서버는 FIN을 받고 응답으로 ACK를 보낸 뒤 CLOSE_WAIT 상태가 된다. ACK를 받은 클라이언트는 FIN_WAIT_2 상태가 된다.
3. 서버는 연결을 종료할 준비가 되면 클라이언트에게 FIN을 보내고 LAST_ACK 상태가 된다. (그림에는 LAST_WAIT로 표기되어 있다.)
4. 클라이언트는 ACK를 보내고 TIME_WAIT 상태가 된다. ACK를 받은 서버는 CLOSED 상태가 된다.
5. 클라이언트는 일정 시간을 기다린 뒤 CLOSED 상태가 된다.

패킷이 4-way handshake 목적인지 파악하는 방법

패킷의 헤더를 분석하면 된다. TCP 헤더의 플래그에서 SYN은 연결을 설정하려는 패킷, FIN은 연결을 종료하려는 패킷임을 나타내므로, 플래그를 보면 종료 절차의 패킷인지 알 수 있다.

TIME_WAIT 상태로 대기하는 이유

클라이언트가 마지막으로 보낸 ACK가 네트워크 오류 등으로 서버에 도착하지 않는 경우를 고려한 것이다.

• 서버는 ACK를 받지 못하면 클라이언트가 FIN을 받지 못했다고 간주하고, TCP의 신뢰성을 위해 FIN을 다시 보낸다.
• 클라이언트가 이미 연결을 닫아 버렸다면, 같은 주소와 포트로 새로 맺은 연결이 연결되자마자 이 FIN을 받고 끊어지는 상황이 생길 수 있다.

그래서 클라이언트도 서버가 ACK를 받았는지 확인할 수 있도록 충분한 시간을 기다린다. 대기 시간은 2MSL이며, MSL(Maximum Segment Lifetime)은 세그먼트가 네트워크에 존재할 수 있는 최대 수명을 뜻한다.

4-way handshake를 할 여유 없이 빨리 끊어야 한다면

RST 패킷 전송

연결을 끊는 쪽에서 RST 패킷을 보내면, 상대방은 종료 절차를 기다리지 않고 바로 연결을 끊는다.

SO_LINGER

TCP 소켓 옵션이다. 소켓을 닫을 때 정상적인 종료 절차 대신 즉시 연결을 끊도록 설정할 수 있어, 커넥션이 잦은 서버에서 TIME_WAIT 상태를 없애기 위한 기법으로 쓰인다.

종료 과정 중간에 한쪽 네트워크가 강제로 끊긴다면

다른 쪽은 연결이 아직 활성화되어 있다고 인식해 계속 기다린다. 이를 막는 방법은 두 가지다.

Timeout 설정

일정 시간 동안 상대방으로부터 패킷을 받지 못하면 연결이 종료된 것으로 간주한다.

Keep-alive 메시지

일정한 시간마다 보내는 특별한 패킷이다.

• 상대방이 응답하지 않으면 연결이 종료된 것으로 간주한다.
• 불필요한 트래픽을 유발할 수 있다.