0. Introduction: 웹 애플리케이션 기초
사용자가 눈에 보이는 부분을 개발하는 부분을 프론트엔드 , 사용자 눈에 보이지 않는 부분을 개발하는 부분을 백엔드 라 한다.
프론트엔드는 코드 실행 결과를 눈으로 직접 바로바로 확인이 가능하다.
하지만, 백엔드는 코드의 결과를 눈으로 확인하기 어렵다. 그래서 오류의 원인을 찾는 디버깅이 어렵다.
이 디버깅을 하기 위해서는 기반지식이 필요하다. 입문자가 생각하는 개발은 코드라고 생각하지만, 실제 개발에 필요한 내용은 기반지식이다.
- 기반지식
- 클라이언트 - 서버 구조
- 웹 서버 구조 설계
- 네트워크
이번에는 네트워크에 대해 학습해본다.
네트워크 기초
서로 다른 컴퓨터 회사들의 컴퓨터들이 자유롭게 통신할 수 있도록, 그리고 네트워크 통신 중 어느 부분에서 문제가 발생했는지를 알 수 있도록 ISO(International Organization for Standardization, 국제표준화기구)에서 OSI (Open System Interconnection) Model이라는 표준 규격을 만들었다. 이 모델이 바로 OSI 7 계층이다.
왜 표준 Model이 필요할까?
Agnostic application 측면
이 Model 도 또한 거대한 네트워크 application이다. 단 다른 것들과 다른 것은 바로 agnostic application으로 모든 곳에서 작동가능한 애플리케이션이다.
그러면 왜 네트워크와 관련하여 이 OSI 표준 모델(standard)을 왜 만든 것이고, 왜 필요한 것일까?
표준 모델이 없다면 애플리케이션을 만들 때 이 네트워크 영역까지 설계해서 만들어야 한다. 그러면 지금 세상에서는 당연하게 생각하는 Wi-Fi, LTE, fiber 를 통해서 통신하는 것이 어려울 수도 있다.
kernel 이 있는 이유와 동일하다. kernel이 존재하지 않는다면 모든 application은 hardware 관리 측면까지 설계해야 한다.
대신해서 kernel이 하드웨어 관리를 해주는 거고, OSI 7 Model이 있어서 네트워크 통신을 구체적으로 신경쓰지 않아도 쉽게 사용할 수 있다.
네트워크 장비 관리 측면
네트워크 장비를 업데이트하는데 있어서, 표준 모델이 다르면 업데이트하는데 있어서 매우 어려워진다. 달라진 모델에 맞춰서 호환성을 위해 다 업데이트를 여러 버전으로 해야하기 때문에 어렵다.
하지만 표준 모델이 있고, 이를 다 준수하기 때문에 장비를 쉽게 사용할 수 있다.
layer마다 개별적인 개선 가능 (Decoupled Innovation)
Model은 여러 Layer 별로 구축되어 있기 때문에, 한 layer만 개선해도 다른 layer에 영향을 미치지 않는다.
예를 들어서 1계층에서 보다 더 빠른 방식의 전송 매체를 알게되어 이를 바꿔도 2계층과의 interface만 동일하게 유지하면 전혀 문제가 없다.
OSI 7 layer 개요
OSI 7 layer의 구성은 다음과 같다. 그리고, 이 OSI 7 layer 를 4개의 계층으로 단순화하여 표현한 것을 TCP/IP 4 layer 라 한다. 설명은 OSI 7 layer를 기준으로 한다.
그리고, 각 계층마다 통신하기 위해 사용되는 형식, 약속, 규약들이 존재하는데 이를 Protocol(프로토콜) 이라 한다.
| OSI 7 layer | TCP/IP 4 layer | 사용되는 프로토콜 | 설명 | PDU(Protocol Data Unit) | 주요 네트워크 기기 |
|---|---|---|---|---|---|
| 응용 계층 | 4. 응용 계층 | HTTP, FTP, SMTP, DNS | 애플리케이션 서비스 제공 | 메시지 혹은 데이터 | - |
| 표현 계층 | 4. 응용 계층 | HTTP, FTP, SMTP, DNS | 암호화, 직렬화, 복호화, 역직렬화 등으로 데이터 변환 | 메시지 혹은 데이터 | - |
| 세션 계층 | 4. 응용 계층 | HTTP, FTP, SMTP, DNS | 세션 연결/설정/해제와 통신 방식 결정 | 메시지 혹은 데이터 | - |
| 전송 계층 | 3. 전송 계층 | TCP, UDP | 신뢰성 있는 통신 구축 및 PORT를 통해 특정 프로세스 명시 | segment | - |
| 네트워크 계층 | 2. 인터넷 계층 | IP | 한 네트워크에서 다른 네트워크와 통신하기 위한 IP 주소 결정 | packet | 라우터 |
| 데이터링크 계층 | 1. 네트워크 인터페이스 계층 | 이더넷, CMSA/CD | MAC 주소를 통해 ‘네트워크 기기’ 간의 데이터 전송과 물리 주소 결정 | frame | 스위치 |
| 물리 계층 | 1. 네트워크 액세스 계층 | RS-232, RS-449 | 디지털 신호와 전기 신호 간 변환 | 리피터, 허브 |
위 각 계층에 대한 설명에 추가 설명
- 1계층: 전기적 신호와 디지털 신호 bit가 상호 변환되는 계층
- 3계층부터는 네트워크 간 데이터를 주고 받는 과정
- 3계층: 여러 네트워크 간 데이터 전송을 위해 타 네트워크 주소 결정
- 4계층: 3계층에서 데이터가 유실되거나 더 정확하게 데이터를 전송하기 위한 정보 추가
- 5 ~ 7 계층 설명은 위 설명으로 충분하다.
송신 및 수신 순서
송신할 때 순서: 하위 계층으로 보내는 과정
- 응용 계층 -> 표현 계층 -> 세션 계층 -> 전송 계층 -> 네트워크 계층 -> 데이터링크 계층 -> 물리 계층
수신할 때 순서는 송신 순서의 역방향으로 진행된다. (상위 계층으로 보내는 과정)
헤더(Header), 캡슐화(Encapsulation) 그리고 역캡슐화(Decapsulation)
우리가 현실세계에서 우편을 보낼 때 보낼 물건을 바로 보내는 게 아니라 우편 봉투에 넣고 주소 태그를 붙이는 것처럼 소프트웨어 세계에서도 데이터가 각 계층을 통해 보내질 때, 계층을 한 번 이동할 때마다 각 계층에 해당되는 header(헤더) 가 붙여진다. 이 헤더에는 목적지 정보, 출발지 정보, 에러 체크 등 필요한 정보들이 담겨져 있다.
이 헤더는 전송되는 원본 데이터 앞에 추가적으로 붙는다.
이렇게 송신 과정에서 데이터 앞에 헤더를 붙이는 것을 Encapsulation(캡슐화) 라고 한다.
그리고 이와 반대로 헤더를 제거하는 것을 Decapsulation(역캡슐화) 라고 한다.
캡슐화는 송신 과정에서 각 계층을 통과할 때마다 각 계층마다 일어나며, 역캡슐화는 수신 과정에서 각 계층을 통과할 때마다 각 계층마다 일어난다.