0.Introduction

HTTP에 관한 학습내용의 기본 출처는 김영한님의 모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본지식 이다. 강의를 듣고 정리한 내용과 모르는 부분에 대한 추가 내용을 합쳐 올린다.

이 강의는 HTTP에 대한 웹 기본지식으르 설명하는 강의이므로, 내용이 간략할 수 있다.
프레임워크를 사용하여 웹 개발을 배우기 전에, HTTP에 대해 기본적인 지식을 알고 시작하고 싶어 HTTP 공부를 시작한다. 이 강의에 대해 공부 후, 네트워크 전반에 대해 학습한다.

1. IP에 대해서

컴퓨터는 랜선 또는 인터넷 망을 통해서 통신한다. 그리고 인터넷 망은 수 많은 서버들로 구성되어 있으며, 이 서버들을 node(노드)라 한다.

그러면 수 많은 node들을 거쳐서 ‘어떻게’ data를 보낼 수 있을까??

바로 IP 라는 규약을 통해서 보낸다.

1.1 IP란??

Internet Protocol 약어로, 인터넷 데이터 통신을 원활히 하기 위해 필요한 통신 ‘규약’

IP의 역할은

지정한 IP 주소로,
packet이라는 통신 단위로,
데이터를 전달하는 역할이다.

그래서, 원하는 서버와 클라이언트에 데이터가 도달하기 위해서는 컴퓨터를 구분하는 고유 IP 주소(IP address)를 부여받아야 한다. 이 IP 주소의 형식은 100.100.100.1 같이 각 부분을 점으로 구분하여 표현한다.

IP 주소 형식에 대해서도 IPv4, IPv6 로 분류된다. IPv4는 점으로 구분된 부분이 4개의 part고, IPv6는 6개의 파트로 구분된다. IPv4로는 주소 수가 부족하여 IPv6가 등장했다.

1.2 Packet이란?

수화물을 의미하는 Package와 덩어리를 의미하는 bucket의 합성어로, 통신 단위 packet에는 여러 데이터가 담겨져 있지만, 기본적으로 ‘주소지 정보(출발지의 IP 주소, 도착지의 IP 주소)’ 그리고, 전달하려는 ‘전송 데이터’가 있다.

인터넷 망을 구성하는 node들은 다 IP를 따르기 때문에, node는 출발지가 어디고, 어디가 도착지인지 이해할 수 있다. 그래서 IP를 참고하여 서로 packet을 던지면서 원하는 목적지로 보내진다.

위의 이미지는 클라이언트의 패킷을 전달하는 내용이다.
서버의 패킷을 전달하는 것도 동일한 원리다.

2. IP 문제점의 해결책: TCP

이 IP는 3가지 문제점(한계)이 있다.

비연결성 문제
- 상대방이 받을 수 없는 상태여도 패킷을 전송한다.
  - 패킷을 받는 대상이 없거나 (컴퓨터가 off된 경우), 서비스 불능 상태여도 패킷을 전송한다. 연결이 안되도 보내지는 문제점이 존재한다.
  - ex) 우편물을 A 주소로 보냈지만, 도착해서 보니 A 주소에 집이 없는 경우를 말한다.
비신뢰성 문제
- 손실 문제: packet이 전송되는 과정에 중간에 사라지는 경우
  - ex) 노드 서버에 도착했는데, 갑자기 케이블이 끊어지는 경우
- 순서 바뀜 문제: packet의 용량 문제로 나눠 보낼 때 순서에 문제가 발생한 경우
프로그램 구분 문제
- 한 IP 주소에서 2개 이상의 application을 사용하고 있을 때, 무슨 application에 관한 정보인지 어떻게 구분하는가??

2.1 인터넷 프로토콜 스택의 4계층

이를 해결한 것이 바로 TCP 다.

TCP에 대해 알기에 앞서 인터넷 프로토콜 스택의 4계층에 대해 알아보자.

인터넷 프로토콜은 4계층으로, 순서는 애플리케이션(응용) 계층 > 전송 계층 > 인터넷 계층 > 네트워크 인터페이스 순으로 구성된다.

애플리케이션 계층(Application layer) - HTTP, FTP
전송계층(Transport layer) - TCP, UDP
인터넷 계층(Internet layer) - IP
네트워크 인터페이스 계층(Network Access layer)

이 계층 순서로 어떻게 packet을 보내는지 알아보자.

resource 요청 시, Application layer에서 HTTP 메세지를 생성한다.
-> 3 way handshake를 통해 socket에 연결한다.
-> socket library를 통해 transport layer 계층으로 데이터를 전송한다.
-> transport layer에서 HTTP를 포함한 TCP 정보를 씌운다.
-> Internet layer에서 TCP 정보를 포함하는 IP 패킷을 생성한다.
-> IP 패킷 정보가 인터넷을 거쳐서 서버에 도착한다.
-> IP 패킷이 서버에 도착하면 IP 패킷과 TCP 세그먼트는 버리고, HTTP 메세지를 서버가 해석한다.
-> HTTP 응답 메시지를 동일한 방식으로 packet을 생성하여 응답 패킷을 전달한다.
-> 수 많은 노드를 통해서 응답 패킷이 도착하면, 웹 브라우저가 HTML 렌더링하여 화면에 보여준다.
socket이란??
- application layer와 transport layer 사이에 위치하여, process가 메시지를 송신하고 수신할 수 있도록 API를 제공해주는 역할을 한다.

TCP 정보와 IP packet을 생성한 데이터 안에 담겨진 구체적인 내용은 다음과 같다.

2.2 IP 문제점의 해결책: TCP

TCP (Transmisstion Control Protocol)는 전송 제어 프로토콜로, IP의 3가지 문제점에 대한 해결책이다. TCP에 여러 특징들이 있지만, 위 문제점을 해결하는 3가지 특징에 대해 중점적으로 알아보자.

2.2.1 연결지향 - TCP 3 way handshake (가상 연결)

클라이언트가 서버에 데이터를 전송하기 전에 ‘연결과정’을 거친다. 이 과정으로 IP의 비연결성 문제를 해결한다.

첫 번째, 클라이언트가 서버에 접속 요청(SYN)한다. 접속 요청하는 걸 SYN(Synchronization) 이라 한다.
두 번째, 그 후 서버는 클라이언트의 요청을 수락(ACK)한다. 서버도 클라이언트에게 접속 요청(SYN)한다. 요청을 수락하는 걸 ACK(Acknowledgement) 라 한다.
세 번째, 클라이언트가 서버의 접속 요청에 수락(ACK)한다.

이 3가지 단계를 거친 후, 클라이언트가 서버에 데이터를 전송한다. 그래서 SYN -> SYN + ACK -> ACK 순서로 3 way handshake가 진행된 후, 데이터를 전송한다.

하지만, 때로는 세 번째 단계 ACK할 때 데이터를 함께 전송한다.

3 way handshake 방식은 물리적으로 직접 연결된 상태가 아니라, 논리적으로 연결된 상태이다. 이 의미는 클라이언트와 서버 사이에 무수히 많은 노드들을 거쳐서 연결된 것을 의미한다. 물리적으로 직접 연결된 상태라는 건 클라이언트와 서버가 직섭 랜선으로 연결된 경우를 말한다.

2.2.2 데이터 전달 보증

데이터를 전송하면 수신 확인 메세지를 클라이언트에게 보내준다. IP의 ‘비신뢰성’ 문제를 해결한다.

2.2.3 순서 보장

생성한 HTTP data에 TCP 정보를 씌울 때, 순서 정보가 들어가기 때문에, 데이터를 받고 나서 의도한 순서대로 온 건지 판단할 수 있다. IP의 ‘순서 바뀜’ 문제를 해결한다.

3. TCP 문제점의 해결책: UDP

IP의 여러 문제점을 해결하는 TCP이지만, 위에 TCP segment에 들어가는 정보들처럼 정보양이 많기 때문에 시간이 오래 걸리고, 최적화가 어렵다. 또한, 인터넷 자체도 이미 TCP 기반이라 다듬을 수 없다. 그래서 UDP를 최적화하여 속도를 증가시킬 수 있다. 최근에 이 UDP가 뜨고 있다. 웹 브라우저가 TCP handshake 과정을 줄일려고 하기 때문이다.

TCP의 속도 문제를 해결할 수 있는게 UDP(User Datagram Protocol)이다.
데이터를 ‘데이터그램 단위’로 처리하는 프로토콜이란 의미다.
연결지향 X, 데이터 전달 보증과 순서보장 X 지만, 단순하고 빠르다.
IP와 거의 같지만, 차이점은 PORT와 checksum 기능이 있다.

그리고 바로 이 PORT라는 기능이 IP의 세 번째 문제점을 해결해준다.

4. Port와 DNS란 무엇인가??

4.1 Port란?

한 IP에서 여러 Application을 사용하고 있을 때, 데이터를 원하는 Application으로 보내기 위해서 PORT 가 필요하다. 이 port 정보는 TCP 세그먼트에 포함되어 있다.

그래서 IP packet에 있는 IP 주소로 원하는 클라 또는 서버에 도달한다. 그리고, 클라 또는 서버 안에 원하는 Application에 데이터를 제공하기 위해서 PORT 정보를 활용한다.

Port number는

0 ~ 65535번까지 할당이 가능하다.
0 ~ 1023번은 잘 알려진 포트이기 때문에, 사용하지 않는 것이 낫다.
- FTP - 20, 21
- TELNET - 23
- HTTP - 80
- HTTPS - 443

위 이미지를 예를 들어 서버 IP 200.200.200.3 에서 클라이언트의 웹 브라우저 요청에 응답하기를 원한다면 도착지 IP는 100.100.100.1 이고, PORT는 10010 이다.

4.2 DNS란?

DNS는 Domain Name System으로, 기억하기 어렵고 변경될 수 있는 IP address 대신에 Domain Name을 사용하면 DNS에서 이 Domain name에 해당되는 IP주소로 응답하여 접속하는 시스템이다.