ネットワーク監視・トラブルシュート

TCPハンドシェイク失敗てぃーしーぴーはんどしぇいくしっぱい

TCP3ウェイハンドシェイクSYN接続タイムアウトファイアウォールコネクション確立

TCPハンドシェイク失敗について教えて

簡単に言うとこんな感じ！

電話をかけたのに相手が出ない・途中で切れる、みたいな状態だよ！ネット通信は「つないでいい？」「いいよ！」「了解！」の3ステップで始まるんだけど、それがどこかで失敗している状態なんだ。結果、ページが開かなかったり「接続できません」が出たりするってこと！

TCPハンドシェイク失敗とは

インターネットや社内ネットワークでデータをやり取りする際、TCP（Transmission Control Protocol） というルールが使われています。TCPでは通信を始める前に「3ウェイハンドシェイク」と呼ばれる3段階の確認手続きを行い、両者が「つながった」と合意してから初めてデータを送受信します。

TCPハンドシェイク失敗とは、この3段階の確認手続きが正常に完了しないことです。原因はさまざまで、ファイアウォールによるパケットのブロック、サーバーの過負荷、ネットワーク経路上の障害、設定ミスなどが挙げられます。利用者からは「サイトが開かない」「アプリが接続エラーを返す」「タイムアウトが頻発する」として体感されます。

システム発注・運用の現場では、障害切り分けの第一歩として「ハンドシェイクが通っているかどうか」を確認するのが鉄則です。ハンドシェイクが失敗している段階では、アプリケーションの問題ではなくネットワーク・インフラ層に原因がある可能性が高いため、調査の方向性を絞り込む重要な手がかりになります。

3ウェイハンドシェイクの仕組みと失敗パターン

正常な3ウェイハンドシェイクは以下の流れで進みます。

ステップ	送信元	内容	フラグ
① SYN	クライアント → サーバー	「接続していい？」	SYN
② SYN-ACK	サーバー → クライアント	「いいよ、準備できた！」	SYN + ACK
③ ACK	クライアント → サーバー	「了解、つなぐよ！」	ACK

この3ステップがすべて完了して、はじめてTCPコネクションが確立（ESTABLISHED）状態になります。

失敗パターンの分類

失敗が発生するステップによって、原因の場所が違います。

失敗パターン	症状	主な原因
SYNが届かない	タイムアウト（クライアント側）	ルーティング不備、FWがSYNをブロック
SYN-ACKが返らない	タイムアウト（クライアント側）	サーバー停止・過負荷、FWがSYN-ACKをブロック
SYN-ACKが届かない	タイムアウト（クライアント側）	戻りルート障害、非対称ルーティング
ACKが届かない	サーバー側がSYN_RCVD止まり	クライアント側FW・NATの問題
RSTが返る	即座に「接続拒否」エラー	サーバーがポートを開いていない、FWがRSTを送信

覚え方：「電話の3声」

SYNは「電話かけた」、SYN-ACKは「もしもし！」、ACKは「よかった、つながった！」

この3声（みこえ）のどこで止まるかで、問題の場所が分かります。

歴史と背景

1970年代初頭 — ARPANETでの通信実験を通じ、信頼性のある双方向通信の必要性が認識される
1974年 — Vint Cerf と Bob Kahn が TCP の概念を論文で発表
1981年 — RFC 793 により TCP が正式に標準化。3ウェイハンドシェイクの仕様がここで定義された
1990年代 — インターネット商用化が進み、FW・NATの普及とともに「ハンドシェイクが通らない」障害が日常的に発生するように
2000年代 — SYN Flood攻撃（大量のSYNを送りつけてサーバーを枯渇させるDDoS）が問題化。SYN Cookie などの対策技術が広まる
2010年代以降 — クラウド・マイクロサービス化により経路が複雑化し、ハンドシェイク失敗の原因追跡がより難しくなっている

原因の切り分け方と確認ツール

ハンドシェイク失敗の調査は、「どこまでパケットが届いているか」を順番に確認する作業です。

よくある原因トップ5と対処法

#	原因	症状の特徴	対処法
1	ファイアウォールがSYNをブロック	タイムアウト・無応答	FWルール（インバウンド）を確認・修正
2	サーバーがそのポートでListenしていない	即座にRSTが返る	サービス起動確認、ポート番号確認
3	戻りルート（SYN-ACKの経路）が壊れている	タイムアウト、サーバーログには接続記録がある	非対称ルーティングの確認、ルーティングテーブル見直し
4	サーバー過負荷でSYNキューが溢れている	断続的・負荷依存のタイムアウト	SYNキュー拡張、スケールアウト検討
5	NATテーブルの枯渇・セッション不足	高負荷時のみ発生するタイムアウト	NATセッション数上限確認、タイムアウト値調整

規格・RFC番号	内容
RFC 793	TCP（Transmission Control Protocol）の基本仕様。3ウェイハンドシェイクの定義を含む
RFC 9293	RFC 793 を更新した最新のTCP仕様（2022年）。ハンドシェイク・状態遷移が詳述されている
RFC 4987	SYN Flood攻撃とその対策（SYN Cookieなど）の解説
RFC 1122	ホスト側のTCP/IP実装要件。タイムアウト・再送挙動の基準を定める