TCP 심화와 실무

Telnet에서 키보드 입력
  'H' → [IP 20B][TCP 20B][Data 1B] = 41바이트 전송
  'e' → [IP 20B][TCP 20B][Data 1B] = 41바이트 전송
  'l' → [IP 20B][TCP 20B][Data 1B] = 41바이트 전송
  'l' → [IP 20B][TCP 20B][Data 1B] = 41바이트 전송
  'o' → [IP 20B][TCP 20B][Data 1B] = 41바이트 전송

"Hello" (5바이트)를 보내기 위해 205바이트 사용
→ 효율: 5/205 = 2.4%

송신측 (Nagle ON)              수신측 (Delayed ACK ON)
  │                              │
  │── 200B 전송 ──────────→      │ "ACK를 200ms 기다리자"
  │                              │  (Delayed ACK)
  │  "ACK가 안 왔으니            │
  │   다음 100B를 버퍼에 모아둠" │
  │  (Nagle 대기)                │
  │                              │
  │  ← 200ms 경과 →              │
  │                              │
  │  ←──── ACK ───────────────── │ 드디어 ACK 전송
  │                              │
  │── 100B 전송 ───────────→     │
  │                              │
  불필요한 200ms 지연 발생!

정상 상태
  Client ←── TCP 연결 ──→ Server

Server 전원 꺼짐 (FIN/RST 전송 불가)
  Client ←── TCP 연결? ──→ Server (꺼짐)
    │
    └── Client: "연결이 살아있다고 생각"
        → 데이터를 보내려 할 때까지 감지 불가
        → 리소스(메모리, fd) 계속 점유

Keep-Alive 활성화 시
  2시간 무통신 후...
  Client ──── Keep-Alive Probe ────→ Server (꺼짐)
  (응답 없음)
  Client ──── Keep-Alive Probe ────→ (재시도)
  (응답 없음 × 9회)
  Client: "연결이 죽었다" → 연결 정리

import socket

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# TCP Keep-Alive 활성화
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_KEEPALIVE, 1)

# Linux에서 Keep-Alive 파라미터 조정
import platform
if platform.system() == "Linux":
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP, socket.TCP_KEEPIDLE, 300)   # 5분
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP, socket.TCP_KEEPINTVL, 30)   # 30초
    sock.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP, socket.TCP_KEEPCNT, 5)      # 5회

# 총 감지 시간: 300 + 30 × 5 = 450초 (7.5분)
# 기본값 대비: 7200 + 75 × 9 = 7875초 (약 2시간 11분) → 대폭 단축

일반 TCP
  Client ── SYN ──────────→ Server    │ 1 RTT
  Client ←─ SYN-ACK ─────── Server    │ (handshake)
  Client ── ACK + Data ───→ Server    │ 2 RTT
  Client ←─ Response ─────── Server   │ (응답)

TCP Fast Open (최초 연결)
  Client ── SYN ──────────→ Server    │
  Client ←─ SYN-ACK+Cookie  Server    │ 1 RTT (쿠키 발급)
  Client ── ACK ──────────→ Server    │

TCP Fast Open (재연결)
  Client ── SYN+Cookie+Data→ Server   │ 0 RTT!
  Client ←─ SYN-ACK+Response Server   │ (데이터와 함께)
  Client ── ACK ──────────→ Server    │

→ 재연결 시 SYN에 데이터를 함께 실어 보냄
→ 1 RTT 절약

증상: 연결 지연/실패
  │
  ├── SYN_SENT 누적? ── 서버 도달 불가 (방화벽, 서버 다운)
  │
  ├── SYN_RECV 대량? ── SYN Flood 공격
  │
  ├── TIME_WAIT 대량? ── 짧은 연결 반복 (커넥션 풀 미사용)
  │
  ├── CLOSE_WAIT 대량? ── 애플리케이션 close() 누락 (버그!)
  │
  ├── ESTABLISHED + 응답 없음? ── 반개방 상태 (Keep-Alive 필요)
  │
  └── 간헐적 지연? ── Nagle+Delayed ACK 교착 (TCP_NODELAY)

import socket

# 나쁜 예: close() 호출 누락 가능
def bad_example():
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.connect(("server.example.com", 80))
    sock.sendall(b"GET / HTTP/1.0\r\n\r\n")
    data = sock.recv(4096)
    # 예외 발생 시 close()가 호출되지 않음!
    # → CLOSE_WAIT 상태로 남을 수 있음
    sock.close()

# 좋은 예: with문으로 자동 정리
def good_example():
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as sock:
        sock.connect(("server.example.com", 80))
        sock.sendall(b"GET / HTTP/1.0\r\n\r\n")
        data = sock.recv(4096)
    # with 블록을 벗어나면 자동으로 close() 호출
    # 예외가 발생해도 반드시 정리됨

SYN Flood 공격
  공격자 ── SYN (src=위조IP1) ──→ Server
  공격자 ── SYN (src=위조IP2) ──→ Server  Backlog Queue
  공격자 ── SYN (src=위조IP3) ──→ Server  [■■■■■■■ FULL]
  ...                                      │
  정상 Client ── SYN ──────→ Server        │
                              │ Accept 불가! ← Queue 가득
                              └─── 서비스 거부!

SYN Cookie 방어
  SYN 수신 시 Backlog에 저장하지 않음
  대신 seq 번호에 암호화된 정보를 인코딩:
    ISN = f(timestamp, src_ip, src_port, dst_ip, dst_port, secret)

  정상 Client만 올바른 ACK(ISN+1)로 응답 가능
  → ACK를 받아야 비로소 자원 할당
  → Backlog 고갈 방지

#!/bin/bash
# === SYN Flood 방어 설정 ===

# SYN Cookie 활성화
echo "SYN Cookie: $(cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies)"
# sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_syncookies=1

# SYN Backlog 크기 증가
echo "SYN Backlog: $(cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog)"
# sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=65535

# SYN-ACK 재전송 횟수 감소 (기본 5 → 2)
echo "SYN-ACK retries: $(cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries)"
# sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_synack_retries=2

# 현재 SYN_RECV 상태 확인
echo ""
echo "=== SYN_RECV 연결 수 ==="
ss -tan state syn-recv | wc -l