TCP 연결 설정: 3-way 핸드셰이크

TCP(Transmission Control Protocol)는 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장하는 연결 지향형 프로토콜입니다.
데이터가 손실되지 않고 올바른 순서로 도착하도록 하기 위해, 송신자와 수신자 간에 안정적인 연결을 설정하는 과정이 필요합니다.
이 과정에서 3-way 핸드셰이크(Three-Way Handshake) 가 사용됩니다.

3-way 핸드셰이크는 TCP 연결을 설정하는 핵심 절차로,
클라이언트와 서버 간의 상태 동기화 및 데이터 전송 준비를 위한 필수 단계입니다.

이 글에서는 3-way 핸드셰이크의 개념, 동작 원리, 그리고 실생활에서의 비유를 통해 TCP 연결 설정 과정을 깊이 이해해보겠습니다.

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1. 3-way 핸드셰이크란?

🔹 정의

3-way 핸드셰이크는 TCP에서 송신자(클라이언트)와 수신자(서버) 간의 연결을 설정하는 과정을 의미합니다.
이 과정은 세 번의 메시지 교환(SYN → SYN-ACK → ACK)을 통해 연결을 확립하며,
서로의 존재를 확인하고 데이터 전송을 위한 준비를 마무리합니다.

✅ 3-way 핸드셰이크의 핵심 목적

• 클라이언트와 서버 간의 연결 설정 및 상태 동기화
• 각 장치의 초기 시퀀스 번호(Sequence Number) 교환
• 데이터 전송이 가능한 환경 조성

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2. 3-way 핸드셰이크의 동작 원리

3-way 핸드셰이크는 다음 세 단계로 진행됩니다.

🔹 1) SYN (Synchronize) – 클라이언트의 연결 요청

1. 클라이언트 → 서버 : SYN 패킷 전송
   • 클라이언트는 서버에 연결 요청을 보내기 위해 SYN 플래그가 설정된 패킷을 전송합니다.
   • 이 패킷에는 클라이언트의 초기 시퀀스 번호(ISN, Initial Sequence Number)가 포함되어 있습니다.
   • 이 단계의 목적: 서버에게 연결 요청을 보내고 클라이언트의 시퀀스 번호를 전달하는 것.

✅ 예시

• 사용자가 웹사이트(www.example.com)에 접속할 때,
  웹 브라우저(클라이언트)는 서버에 TCP 연결을 요청하며 SYN 패킷을 전송합니다.

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🔹 2) SYN-ACK (Synchronize-Acknowledge) – 서버의 응답

2. 서버 → 클라이언트 : SYN-ACK 패킷 전송
   • 서버는 클라이언트의 SYN 패킷을 수락한 후, SYN-ACK 패킷을 전송합니다.
   • SYN-ACK 패킷에는 서버의 초기 시퀀스 번호(ISN)와 클라이언트의 요청을 확인하는 ACK 번호가 포함됩니다.
   • 이 단계의 목적: 클라이언트의 요청을 수락하고 서버의 시퀀스 번호를 전달하는 것.

✅ 예시

• 웹서버는 클라이언트의 연결 요청(SYN 패킷)을 받은 후, SYN-ACK 패킷을 보내 연결 요청을 수락합니다.

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🔹 3) ACK (Acknowledge) – 클라이언트의 최종 확인

3. 클라이언트 → 서버 : ACK 패킷 전송
   • 클라이언트는 서버의 응답(SYN-ACK)을 받은 후, 최종적으로 ACK 패킷을 전송합니다.
   • 이 패킷은 서버의 시퀀스 번호를 확인하고 연결이 성공적으로 설정되었음을 의미합니다.
   • 이 단계의 목적: 서버의 응답을 최종 확인하고, 실제 데이터 전송을 준비하는 것.

✅ 예시

• 브라우저는 서버의 SYN-ACK 응답을 받은 후, ACK 패킷을 보내 TCP 연결을 확립합니다.
• 이후, HTTP 요청(GET 요청 등)이 서버로 전달되고 웹페이지가 로딩됨.

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3. 실생활에서의 비유

3-way 핸드셰이크 과정을 일상적인 대화(약속 잡기)에 비유하면 쉽게 이해할 수 있습니다.

🔹 친구와 약속 잡기

1️⃣ SYN 단계 – 당신이 친구에게 연락하여 약속을 제안

• "우리 이번 주 토요일에 만나서 점심 먹을까?"
• (클라이언트가 서버에 연결 요청을 보내는 과정)

2️⃣ SYN-ACK 단계 – 친구가 응답하면서 약속을 확정

• "좋아! 나도 토요일에 시간이 돼. 어디서 만날지 정하자!"
• (서버가 연결 요청을 수락하고 자신의 정보(SYN)를 클라이언트에게 보냄)

3️⃣ ACK 단계 – 당신이 최종적으로 약속을 확정

• "알겠어, 그럼 토요일 12시에 만나자!"
• (클라이언트가 서버의 응답을 확인하고, 연결이 확립됨)

✅ 결과

• 두 사람은 약속을 성공적으로 잡았고, 이제 약속된 시간에 만나기만 하면 됨 → 데이터 전송 가능

이처럼 3-way 핸드셰이크는 네트워크에서 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 반드시 필요한 과정입니다.

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4. 3-way 핸드셰이크의 중요성

3-way 핸드셰이크는 단순한 연결 과정이 아니라, 네트워크 보안과 성능을 보장하는 중요한 역할을 합니다.

🔹 3-way 핸드셰이크의 필요성

1. 데이터 전송 전 안정적인 연결을 보장
   • 클라이언트와 서버 간 정확한 상태 동기화 및 시퀀스 번호 설정.
2. 패킷 손실 방지 및 오류 최소화
   • 패킷 순서 보장 및 데이터 무결성 확보.
3. 불필요한 네트워크 자원 낭비 방지
   • 연결이 설정되지 않은 상태에서 데이터를 전송하지 않음.

🔹 3-way 핸드셰이크가 없으면?

• 데이터가 서로 다른 순서로 도착하거나, 손실될 가능성이 높아짐.
• 네트워크 트래픽이 증가하며 서버 리소스가 낭비될 위험이 있음.

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5. 결론

✅ TCP의 3-way 핸드셰이크는 안정적인 연결을 보장하는 필수적인 과정
✅ SYN → SYN-ACK → ACK의 3단계를 거쳐 클라이언트와 서버 간 신뢰성 있는 통신이 가능
✅ 웹 브라우징, 온라인 서비스, 클라우드 네트워크 등 대부분의 인터넷 서비스에서 사용됨
✅ 네트워크 보안과 성능 최적화를 위해 필수적인 기술

💡 "3-way 핸드셰이크는 TCP 통신의 시작점이며, 이를 통해 인터넷이 안정적으로 운영될 수 있다!"