네트워크 TCP 3 way 4 way handshake 패킷 분석
TCP(Transmission Control Protocol)는 데이터 전송을 신뢰성 있게 수행하기 위해 연결 지향적인 방식을 채택합니다. 이는 UDP(User Datagram Protocol)와 상당히 다른 방식입니다. UDP는 비연결 지향적인 프로토콜로, 데이터 전송을 수행할 때 세션 없이 일회성으로 이루어집니다. 반면, TCP는 데이터 전송 전 반드시 핸드쉐이킹 과정을 통해 연결을 수립한 뒤 데이터를 주고받기를 원칙으로 합니다. 이 과정에서 3-way handshake와 4-way handshake가 사용됩니다. 본 포스트에서는 이 두 과정의 세부사항과 패킷 분석에 대해 심도 있게 다루도록 하겠습니다.
3-way Handshake: TCP 연결 과정
TCP의 3-way handshake는 클라이언트와 서버 간의 연결을 수립하는 과정입니다. 이 과정은 다음 세 단계로 구성됩니다.
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SYN: 클라이언트가 서버에 연결 요청을 보내기 위해 SYN 패킷을 전송합니다. 이때 클라이언트는 초기 시퀀스 번호를 설정하여 전송합니다.
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SYN-ACK: 서버는 클라이언트의 SYN 요청을 수신한 후, 다시 클라이언트로 SYN과 ACK를 포함한 패킷을 전송합니다. 이 패킷은 클라이언트의 요청을 수락하고, 서버의 초기 시퀀스 번호를 클라이언트에게 보냄을 의미합니다.
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ACK:
마지막으로, 클라이언트는 서버의 SYN-ACK 패킷을 받고 ACK 패킷을 서버로 전송합니다. 이렇게 해서 클라이언트와 서버 간의 연결이 성공적으로 성립됩니다.
아래의 표는 각각의 단계에서 교환되는 패킷을 요약한 것입니다.
| 단계 | 전송 방향 | 패킷 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 1. 클라이언트 전송 | 클라이언트 -> 서버 | SYN | 연결 요청. 초기 시퀀스 번호 포함. |
| 2. 서버 응답 | 서버 -> 클라이언트 | SYN, ACK | 요청 수락 및 서버 시퀀스 번호 포함. |
| 3. 클라이언트 응답 | 클라이언트 -> 서버 | ACK | 연결 성립을 위한 최종 확인 메시지. |
이 과정을 통해 TCP 프로토콜은 보다 안정적인 데이터 통신이 가능하다는 것을 입증합니다. 데이터 전송 전에 양측이 서로의 존재를 확인할 수 있기 때문입니다.
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4-way Handshake: TCP 연결 해제 과정
TCP의 4-way handshake는 연결을 종료하는 때 사용되는 절차입니다. 이 과정은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.
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FIN: 클라이언트는 서버에 FIN 패킷을 전송하여 데이터 전송을 완료하고 연결을 종료하고자 하는 의사를 전달합니다.
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ACK: 서버는 클라이언트의 FIN 패킷을 수신하고, ACK 패킷을 클라이언트에 보내어 FIN 신호를 확인합니다. 이 시점에서 클라이언트는 연결을 종료하기 위한 준비 상태에 접어듭니다.
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FIN: 서버는 클라이언트에게 FIN 패킷을 전송하여 서버 측에서도 연결 종료를 알립니다.
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ACK: 클라이언트는 서버의 FIN 패킷을 수신하고,
마지막으로 ACK 패킷을 보내면서 연결이 완전히 종료됩니다.
아래의 표는 연결 해제 절차를 정리한 것입니다.
| 단계 | 전송 방향 | 패킷 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 1. 클라이언트 전송 | 클라이언트 -> 서버 | FIN | 연결 종료 요청. |
| 2. 서버 응답 | 서버 -> 클라이언트 | ACK | 연결 종료 요청 확인. |
| 3. 서버 전송 | 서버 -> 클라이언트 | FIN | 서버의 연결 종료 요청. |
| 4. 클라이언트 응답 | 클라이언트 -> 서버 | ACK | 모든 연결 종료가 완료됨을 알림. |
TCP의 4-way handshake는 안전하고 신뢰성 있는 연결 해제를 보장합니다. 각 측이 확실히 종료 단계에서 어떠한 데이터도 손실 없이 정상적으로 처리된 후에 연결이 종료된다는 점이 특징입니다.
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패킷 분석 도구와 SYN Flooding 공격
TCP의 3-way 및 4-way handshake는 다소 복잡해 보일 수 있지만, 이러한 구조가 데이터 통신에 신뢰성을 더합니다. 패킷 분석 툴인 Wireshark 등의 도구를 사용하여 손쉽게 이러한 프로세스를 시각화할 수 있습니다. Wireshark는 네트워크의 모든 패킷을 캡처하고 분석해 주기 때문에, 각 핸드쉐이크 단계에서 어떤 패킷이 교환되는지를 명확히 볼 수 있습니다. 요즘 이러한 분석 도구는 네트워크 관리자에게 필수적인 도구입니다.
한편, 3-way handshake의 특성을 악용할 수 있는 공격 중하나가 SYN Flooding입니다. SYN Flooding은 클라이언트가 서버에 SYN 패킷을 보내고, ACK 패킷을 보내지 않는 경우 서버를 하프 오픈 상태로 유지하게 해, 새로운 연결 요청을 수용하지 못하게 만드는 공격입니다. 이처럼 보안 관련 의사결정은 네트워크 개념 이해와 함께 수행되어야 합니다.
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결론
TCP 프로토콜의 3-way handshake와 4-way handshake는 안정적인 데이터 통신을 위한 필수적인 과정입니다. 각 과정에서의 패킷 교환은 네트워크와 클라이언트 간의 신뢰성을 보장하며, 통신이 단절되거나 데이터가 유실되지 않도록 합니다. 이 포스트를 통해 설명된 내용들이 네트워크의 중요한 개념을 이해하고 활용하는 데 도움이 되었기를 바랍니다.
특히 SYN Flooding과 같은 공격에 대한 인식을 통해, 보안 대책을 마련하고 더욱 견고한 네트워크 환경을 구축해 나가길 바랍니다.
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자주 묻는 질문과 답변
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질문1: TCP의 3-way handshake는 왜 중요한가요?
답변1: 3-way handshake는 연결을 수립하기 위해 서로의 존재를 확인하는 과정으로, 데이터 통신의 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다.
질문2: 4-way handshake가 필요한 이유는 무엇인가요?
답변2: 4-way handshake는 연결을 안전하게 종료하기 위한 절차로, 데이터 손실 없이 정상적으로 통신을 마무리할 수 있습니다.
질문3: SYN Flooding 공격을 어떻게 방어하나요?
답변3: 관리자는 방화벽 설정과 함께 TCP 연결 요청에 대한 제한을 설정하고, 비정상적인 SYN 요청을 모니터링하여 방어할 수 있습니다.
질문4: Wireshark로 TCP 패킷을 어떻게 분석하나요?
답변4: Wireshark를 실행한 후 네트워크 인터페이스를 선택하고 패킷을 캡처하여 TCP를 필터링하면 핸드쉐이크 과정을 관찰할 수 있습니다.
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