[TIL] TCP 3-way Handshake와 네트워크 레이턴시(latency)

11 Aug 2021

우리가 흔히 사용하는 인터넷 환경은 TCP/IP 프로토콜을 기반으로 한다. 여게서 IP는 서로 다른 호스트 간 라우팅 및 주소 할당에 관련된 프로토콜이며, TCP는 데이터 통신의 신뢰성을 보장하는 프로토콜이다.

TCP는 속도보다는 신뢰성을 중요시하는 프로토콜이다. 빠르게 전달되는 부정확한 데이터보다는 한 치의 오차도 없는 정확한 데이터의 확실한 전송을 목표로 설계된 프로토콜이다. 따라서 TCP는 이런 완전무결한 데이터의 송신을 위해 3-way handshake와 같은 고도의 신뢰성 확보 매커니즘을 도입하고 있다.

모든 TCP 연결은 3-way handshake를 통해 맺어진다. 클라이언트와 서버는 아래 그림과 같이 최초 1회 패킷 왕복이 있은 후, 비로소 데이터를 주고 받을 수 있게 된다. 즉 클라이언트에서 서버로 1회, 서버에서 다시 클라이언트로 1회 총 2회의 레이턴시를 겪게 되는 것이다. 3-way handshake로 인해 낭비되는 왕복 레이턴시는 결코 작지 않다.

만약 뉴욕에서 런던으로 네트워크 연결을 한다고 하면, 진공 상태에서는 신호 전달에 19ms가, 광섬유를 통한 신호전달에는 28ms가 소요된다. 이상적인 상태인 진공 상태에서 빛의 속도는 약 초속 30만 km이지만, 패킷은 진공상태가 아닌 광섬유 케이블이나 구리 케이블을 통해 전파된다. 이 중 가장 빠르게 신호(빛)를 전달할 수 있는 광섬유 케이블을 이용하더라도 빛의 속도보다는 느린 속도로만 패킷을 전달할 수 있다.

뉴욕의 클라이언트가 런던의 서버와 통신하기 위해서는 SYN 패킷을 전달하는데 28ms, 런던의 서버로부터 시퀸스번호를 1만큼 증가시킨 값과 또 다른 무작위 시퀸스 번호를 되돌려 받는데 28ms가 소요되어, 왕복 56ms가 낭비되게 된다. 이렇게 SYN ACK 패킷을 주고받은 후에야 비로소 목표로 하던 통신을 수행할 수 있게 된다.

이런 이유에서 TCP Handshake는 웹 브라우징 레이턴시의 주된 이유로 지목된다. 따라서 지연시간을 최소화 하기 위해서는 매번 새로운 TCP connection을 맺는 것보다, 기존 connection을 재사용하는 것이 매우 중요하다.

출처

• 네트워킹과 웹 성능 최적화 기법, 일리아 그레고릭, 인사이트