하루에 하나씩 배우는 컴퓨터 사이언스 개념: TCP 프로토콜, 4-way hand shake 이해

하루에 하나씩 배우는 컴퓨터 사이언스 개념 시리즈에서 오늘은 'TCP 프로토콜과 4-way Handshake 이해'에 대해 알아보겠습니다. 데이터의 신뢰성 있는 전송을 담당하는 TCP와 그 연결 종료 메커니즘인 4-way Handshake에 대한 이해를 통해, 네트워크 통신이 어떻게 안전하게 종료되는지 파악해 봅시다.

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1. TCP 프로토콜의 개요

 

TCP(Transmission Control Protocol)는 인터넷상에서 데이터를 메시지의 형태로 보내기 위해 사용하는 프로토콜입니다. 이는 웹 브라우징, 이메일 전송, 파일 다운로드 등 우리가 일상적으로 사용하는 인터넷 서비스들이 안정적으로 작동할 수 있도록 합니다.

 

TCP는 패킷 손실, 순서 변경 등의 문제를 해결하여 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다. 각 패킷에 순서 번호를 부여하고, 수신 측에서 모든 패킷을 올바른 순서대로 재조립할 수 있도록 합니다. 또한 패킷 손실 발생 시 재전송 요청 기능도 제공합니다.

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2. 4-way Handshake란?

 

4-way Handshake는 TCP 연결 종료 과정에서 사용되는 기법입니다. 클라이언트와 서버 간에 세션을 종료하기 위한 핵심적인 방법으로, 연결의 안정성과 신뢰성을 보장합니다.

 

4-way Handshake 과정은 다음과 같습니다:

 

1) Step 1: FIN

 

클라이언트가 서버에게 세션 종료 요청을 하며 FIN(Finish) 패킷을 보냅니다. 이 단계에서 클라이언트는 더 이상 전달할 데이터가 없음을 서버에 알립니다.

 

2) Step 2: ACK

 

서버가 클라이언트의 요청을 받아들여 ACK(acknowledge) 패킷(클라이언트의 ISN+1 값을 가짐)을 반환합니다. 이 응답은 클라이언트가 보낸 FIN 패킷을 제대로 받았음을 클라이언트에게 알리는 것입니다.

 

3) Step 3: FIN

 

그 후 서버 역시 클라이언트에게 세션 종료를 위한 FIN 패킷을 보냅니다. 이 단계에서 서버는 더 이상 전달할 데이터가 없음을 클라이언트에 알립니다.

 

4) Step 4: ACK

 

마지막으로 클라이언트가 서버에게 ACK 패킷(서버의 ISN+1 값을 가짐)을 보내면서 연결 종료 과정을 완료합니다. 이 응답은 서버가 보낸 FIN 패킷을 제대로 받았음을 서버에게 알리는 것입니다. 이제부터 더 이상 데이터 교환은 발생하지 않습니다.

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3. 4-way Handshake의 중요성

 

네트워크 상황 변화, 지연 등으로 인한 문제를 방지하기 위해 TCP는 4-way Handshake 과정을 사용하여 연결을 안전하게 종료합니다. 각 당사자들은 독립적으로 시간 관리 및 다른 네트워크 요소들과의 상호작용을 수행하기 때문에, 이 과정은 신뢰성 있는 연결 종료를 구축하게 됩니다.

 

예를 들어, 네트워크 지연 등의 문제로 인해 클라이언트와 서버 사이의 통신 상태가 불안정할 경우, 각 당사자는 다른 쪽에서 올바르게 패킷을 수신하였음과 준비되었음을 확인하는 ACK 메시지를 기다릴 것입니다. 만약 해당 메시지가 도착하지 않으면, 그들은 송신한 패킷이 손실되었다고 판단하고 재전송 요청할 수 있습니다.

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4. TCP와 4-way Handshake를 통한 데이터 전송

 

TCP 프로토콜에서 데이터 전송과 연결 종료 과정은 다음과 같습니다:

 

1) 처음에 TCP 연결 설정(3-way handshake)

 

2) 실제 데이터 전송

 

3) 마침내 TCP 연결 해제(4-way handshake)

 

TCP 프로토콜에서 모든 세션 시작과 마침은 각각 3-way와 4-way handshake로 관리됩니다. 이러한 과정은 TCP 프로토콜이 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 핵심 메커니즘입니다.

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5. 결론

 

오늘 배운 내용으로 'TCP 프로토콜'과 '4-way Handshake'에 대해 알아보았습니다. TCP는 신뢰성 있는 데이터 전송 및 안전한 연결 종료를 보장하는 프로토콜이며, 4-way Handshake는 TCP 연결 종료 과정에서 중요한 역할을 담당합니다.

 

인터넷 통신에서 안전성과 신뢰성은 매우 중요한 요소입니다. 따라서 TCP와 같은 프로토콜 및 그들의 동작 원리를 이해하는 것은 컴퓨터 네트워크에 대한 깊은 이해를 위해서 필수적입니다. 하지만 네트워크 환경은 복잡하므로 다양한 고급 네트워크 개념과 프로토콜에 대해서도 계속 배우고 탐구해야 합니다.

 

실제 생활에서 우리가 인터넷을 사용하면서 웹사이트를 방문하거나 이메일을 보낼 때, 뒷단에서는 TCP와 같은 프로토콜들이 활발하게 작동하고 있습니다. 데이터 패킷들이 정확한 순서대로 도착하여 우리가 원하는 정보를 올바르게 보여주거나, 파일을 완전하게 다운로드할 수 있도록 하는 것이 바로 이러한 프로토콜의 역할입니다.