네트워크 학습 내용 순서

이번 장에서는 OSI 7 계층에서 5, 6, 7 계층이며, TCP/IP model로는 제일 윗 계층인 application layer를 학습해본다.

1. Application 응용 계층 개요

이번 장에서 학습하는 계층은 OSI 7 layer에서는 3개의 계층이지만, TCP/IP model 로는 한 개의 계층이다.

3개의 계층이 묶여서 TCP/IP 모델에서 하나의 계층으로 표현되는 이유는 OSI 7 layer의 session layer, presentation layer, application layer가 대체로 하나로 묶여서 작동되는 경우가 많기 때문이다.

그러면 먼저 OSI model을 기준으로 5, 6, 7계층의 역할을 각각 알아본 후, 하나로 엮어서 학습해보자.

OSI model 기준 5, 6, 7 계층

7 계층 Application layer: HTTP/FTP/gRPC

실제 애플리케이션이 작동하는 layer로 서버 애플리케이션 또는 브라우저가 이에 해당된다.

여기서 사용하는 프로토콜은 HTTP, FTP, gRPC가 이에 해당된다.

6 계층 Presentation layer: Encoding, Serialization, Decoding, Deserialization

‘표현’이라는 단어의 의미와 연관지어서 생각해보면 데이터가 어떻게 ‘표현’되는지, 즉 어떠한 방식으로 인코딩되고 해석되는지를 관리하는 계층이다. 또한, 데이터의 압축이나 암호화가 이루어지는 계층이 이 표현 계층이다.

이 계층의 예시로는 여러 언어에서 사용되는 json serialization library가 이 layer에 해당된다. 그래서 JSON을 byte strings으로 직렬화하거나, byte strings을 JSON으로 역직렬화하는 계층이다.

5 계층 Session layer: Connection establishment, TLS

Session layer는 어플리케이션 프로세스 간의 연결을 관리하고 통신 세션의 설정이나 관리 종료를 하는 역할을 한다. 그래서 데이터 교환의 시작과 끝을 정의한 후, 장애 발생 시 복구 매커니즘을 제공한다.

그러면 여기서 궁금증이 있다. 여러 네트워크 책을 보면 응용 프로그램 내부에 ‘소켓 라이브러리’ 같은 게 있어서 이 라이브러리를 통해 OS 내부의 프로토콜 스택을 호출하여 하위 계층으로 데이터를 전달하거나 하위 계층으로부터 데이터를 받는데, 이 과정이 세션 레이어에 해당되는 것일까?

이 과정에서 통신 세션을 관리하게 되는데 필요에 따라 세션을 재개하거나 복구하는 역할을 바로 이 세션 레이어가 해준다.

이처럼 응용 프로그램 레벨에서는 ‘소켓 프로그래밍’을 써서 데이터 전송을 시작하는데, 소켓은 네트워크 상에서 서버와 클라이언트가 서로 주고 받을 수 있게 하는 엔트포인트라고 생각하면 편하다.

이 계층의 역할을 수행하는 것은 OS kernel, file descriptor가 그 예시다.

[프레임워크 내부에 내장되어 있는 소켓 라이브러리]

그런데 생각해보자. 프레임 워크로 웹 개발을 통해 나는 ‘소켓 라이브러리’를 만든 적이 없다.

그러면 어떻게 이뤄지는 것일까?

대부분의 프로그래밍 언어나 프레임워크에서는 네트워크와 관련된 소켓 라이브러리가 내장되어 있다고 보면 된다.

python에서는 socket 라이브러리가 있고, java에서는 ‘java.net.socket’ 같은 것들이 네트워크 통신을 위한 api를 제공한다. 그래서 개발자가 소켓 기반의 네트워크 프로그램을 손 쉽게 개발할 수 있도록 도와준다.

TCP/IP model 기준 application layer

그러면 이제 TCP/IP model을 기준으로 학습해보자.

응용 계층은 애플리케이션에 대한 서비스를 제공하기 위해서 클라이언트가 요청한 서비스를 통신 대상인 서버가 인식하도록 데이터를 변환하는 계층이다.

컴퓨터 사용자라면 여러 서비스를 사용하고 싶어하는데, 이를 위해서 각 서비스에 맞는 프로토콜들을 사용해야 원하는 서비스를 제공하는 서버와 통신할 수 있다.

응용 계층에서의 주요 프로토콜 종류에는 DHCP, DNS, HTTP, SMTP, POP3, IMAP, SNMP, FTP 등이 있다.

HTTP: 웹 사이트 접속
DNS: 주소 해석
SMTP: 메일 송신
POP3: 메일 수신
FTP: 파일 전송
DHCP
IMAP
SNMP

이 계층에서의 데이터 단위는 메시지 다.

메시지 = 응용 헤더 + user data

2. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP란?

컴퓨터의 IP 주소를 할당하는 방법에는 ‘정적 할당’과 ‘동적 할당’ 이 있다.

정적 할당: 수동 설정
동적 할당: 자동으로 주소를 할당하는 설정

여기서 동적 할당 방식에서 사용되는 프로토콜이 DHCP다. IP 주소, 서브넷 마스크, 기본 게이트웨이 등을 자동으로 설정하는 프로토콜 이다. 그래서 사용자가 직접 할당하지 않아도 된다.

DHCP 동작 설명

임대 요청(DHCP DISCOVER) -> 임대 제공(DHCP OFFER) -> 임대 선택(DHCP REQUEST) -> 임태 확인(DHCP ACK)

DHCP 동작은 위 4가지로 설명할 수 있다. 여기서 ‘임대’라는 단어에 집중하면 동작 방식 이해가 쉬울 것이다.

이 또한 프로토콜이므로 DHCP 클라이언트와 서버가 존재한다.

1) 임대 요청(DHCP DISCOVER)

IP 주소를 할당하기 전이기 때문에 IP 주소는 0.0.0.0 이다. 그리고 목적지 IP 주소는 255.255.255.255인데, 그 이유는 DHCP는 브로드캐스트 방식을 사용하기 때문이다.

2) 임대 제공(DHCP OFFER)

그래서 이 임대 요청을 받은 DHCP 서버는 TCP/IP 설정을 응답으로 보낸다.

IP 주소, 임대 기간, 서브넷 마스크 DNS 주소 등이 포함된다.

그리고 브로드캐스트 방식으로 보낸다고 했는데, 여러 개의 DHCP 서버에게 응답이 왔다면 가장 먼저 도착한 응답 메시지를 선택한다.

3) 임대 선택(DHCP REQUEST)

응답을 받은 DHCP 클라이언트는 이 설정을 사용하게 해달라는 요청을 보낸다.

4) 임대 확인(DHCP ACK)

DHCP 서버가 확인 응답을 보내면서 IP 주소 동적 할당 과정이 종료된다.

즉 위 4단계를 거쳐서 주소를 임대해주는 역할을 한다.

3. DNS (Domain Name Service)

도메인 이름과 IP 주소를 모두 사용하는 이유

평소 url 창에 주소를 입력할 때 우리는 숫자가 아니라 알파벳으로 구성되는 ‘도메인 이름’을 입력하여 이동한다.

‘도메인 이름’ 이란 IP 주소에 매핑되는 텍스트 문자열을 말한다.

컴퓨터는 숫자가 친숙하지만 도메인 이름을 사용하는 이유는 사람에게 더 친숙하고 기억을 잘할 수 있는 방식이기 때문이다. 그러면 차라리 IP 주소 보다 이름으로 기억하면 더 좋지 않냐라는 생각을 할 수 있지만, IP 주소는 32bit 즉, 4 byte에 해당하는 갯수 밖에 없지만, 도메인 명은 최대 255 byte까지의 문자를 취급해야하기 때문에 그러면 그만큼 라우터가 부하되어 데이터 운반 동작에 시간이 더 걸려서 네트워크 속도가 느려진다.

Name resolution (이름 해석)

그래서 DNS를 통해 도메인 이름을 기반으로 IP 주소를 알아내는 name resolution(이름 해석) 이 필요하다.

그러면 웹 브라우저에 네이버 주소를 입력하면 ‘이름 해석’ 과정이 어떻게 이뤄질까?

웹 브라우저 url 창에 네이버 주소를 입력하면 이 네이버 주소에 해당하는 IP 주소를 DNS에 요청한다.
DNS에서 웹 브라우저에게 네이버 주소에 해당하는 IP 주소를 알려준다.
웹 브라우저는 DNS에서 받은 IP 주소로 접속한다.

이 3가지 과정이 일어나서 네이버로 이동한다.

정방향 조회와 역방향 조회

위와 같이 도메인 이름을 통해서 IP 주소를 조회하는 방식을 정방향 조회 라고 하고, 반대로 IP 주소를 통해서 도메인 이름을 얻는 방식을 역방향 조회 라고 한다. 일반적으로는 ‘정방향 조회’를 대부분 사용한다.

DNS 계층 구조

DNS는 호스트를 식별하고 관리하기 위해서 domain name space(도메인 네임 공간)라는 계층 구조를 가진다. 이 계층 구조는 다음과 같이 트리형 이므로 여러 층 개념을 가진다. 그리고 이 계층은 DNS의 . 들이 계층을 구분한다. 예를 들어서 www.lab.cyber.com 이라고 하면 com 이라는 도메인 아래에 cyber 라는 도메인이 있고, 그 아래에 lab 이라는 도메인이 있다. 이 lab 도메인 안에 www 라는 도메인이 있는 것이다. 이처럼 계층적 구조를 가진다.

TLD, SLD 그리고 Sub domain

맨 위 층에 최상위 도메인은 Top Level Domain(TLD) 이라 부른다. ‘TLD’ 바로 밑에는 SLD(Second Level Domain) 이라 하여 ‘2차 도메인’ 이라 한다. 그 아래부터는 sub domain 이라 칭한다.

국가 도메인과 일반 도메인

국가마다 가지고 있는 고유의 도메인이 존재한다. 이 도메인을 ‘국가 도메인’이라 하며 다음과 같이 구성되어 있다. 국가 코드 최상위 도메인을 확인하면 알 수 있다. 그래서 위 이미지에 ‘kr’은 국가 도메인에 속함을 알 수 있다.

이외에도 국가 기관이 아닌 일반 플랫폼들은 ‘일반 도메인’에 속한다.

반복적 쿼리와 재귀적 쿼리

‘이름 해석’ 단계가 총 3단계인 것으로 확인했다. 그러면 트리 구조로 된 DNS가 어떻게 IP 주소를 알려줄 수 있는 것일까?!

IP 주소를 알기 위해서 DNS client가 DNS 서버에 질의를 보낸다. 질의 방식에는 ‘재귀적 질의’ 와 ‘반복적 질의’가 있다.

반복적 질의

local DNS 서버가 다른 DNS 서버에게 쿼리를 보내어, 쿼리를 받은 DNS 서버가 자신이 직접 관리하지 않는 질의 요청일 경우, 질의에 응답 가능한 DNS 서버 IP 주소 목록을 응답하는 방식

브라우저의 url 창에 www.lab.glasscom.com 을 입력하여 로컬 DNS 서버에 먼저 질의

로컬 dns server란 가장 가까운 dns 서버를 의미

로컬 DNS 서버에서 모를 경우, Root DNS 서버에 질의한다. (www.lab.glasscom.com의 IP 주소는?) 그러면 Root DNS 서버에서 com 의 IP 주소를 로컬 DNS 서버에 응답한다.
로컬 DNS 서버는 com TLD DNS 서버에 동일하게 질의한다. 그러면 com TLD DNS 서버에서 glasscom의 IP 주소를 로컬 DNS 서버에 응답한다.
로컬 DNS 서버는 glasscom DNS 서버에 동일하게 질의한다. 그러면 glasscom DNS 서버에서 lab의 IP 주소를 로컬 DNS 서버에 응답한다.
로컬 DNS 서버는 lab DNS 서버에 동일하게 질의한다. 그러면 lab DNS 서버에서는 www.lab.glasscom.com의 IP 주소를 로컬 DNS 서버에 응답한다.
로컬 DNS 서버는 클라이언트에게 10번에서 얻은 IP 주소를 전달

출처: 성공과 실패를 결정하는 1%의 네트워크 원리에서 그림 1-16

재귀적 쿼리

반복적 쿼리와 달리 local DNS 서버가 아닌 상위 DNS 서버가 직접 하위 DNS 서버를 탐색하여 결과값을 반환한다.

재귀적 질의 동작은 다음과 같다.

클라이언트가 로컬 DNS 서버를 통해 루트 DNS 서버에 요청
루트 DNS 서버에서 해당 도메인 이름이 등록되어 있는지 확인한다.
루트 DNS 서버에서 바로 해당되는 TLD 서버에 질의한다.
3번의 TLD 서버에서 가장 가까운 서브 도메인 서버에 질의한다.
이렇게 계속 더 하위 계층으로 질의하여 진행되며, 최종적으로 원하는 IP를 얻을 경우 왔던 계층들로 다시 올라가서 루트 DNS 서버에서 로컬 DNS 서버에게 최종적으로 구한 IP 주소를 보낸다.
로컬 DNS 서버가 클라이언트에게 이 IP 주소를 전달한다.

4. HTTP

그러면 HTTP에 대해 간략히 알아보자. HTTP는 Hyper Text Transfer Protocol의 약어로, 웹에서 Hyper Text 문서를 요청하고 응답하기 위한 프로토콜이다. Hyper Text 문서라 함은 HTML(Hyper Text Markup Language)로 작성된 웹 문서를 말한다. 그래서 HTTP 요청과 응답을 주고 받으며 웹 사이트를 구성하는 HTML 파일을 전송한다. 이 때 사용하는 포트 번호는 80번이다.

HTTP를 사용하기 위해서는 웹 url을 입력해야 한다. 이 url 구성은 간략하게 보자면 다음과 같다.

예를 들어 https://www.inflearn.com/roadmaps을 입력한다고 하자.

https: 어떤 프로토콜을 사용하는지
www.inflearn.com: 호스트 이름을 의미하며, 어떤 웹 서버를 필요로 하는지 나타낸다
roadmaps: 경로명

그리고 HTML 문서는 HTTP request와 response를 통해 보내지므로 HTTP request와 response에 대해 알아보자.

HTTP request 는 request line, message header, entity body 등의 부분으로 나눠지는데, 여기서 request line에 대해서 보자면 다음과 같다.

request line = 사용되는 메서드 + URL + HTTP 버전
메시지 헤더: 키 - 값 형식으로 여러 정보가 담겨져 있음

HTTP response 는 response line, message header, entity body 등으로 나눠지는데, 여기서 response line에 대해서 보자면 다음과 같다.

response line = HTTP 버전 + 상태 코드 + 상태 메세지
- 상태 코드: 웹 서버의 처리 결과를 나타낸 세 자리 숫자

더 상세한 HTTP 내용은 Network에서 확인해보자.

5. 쿠키

웹서버 애플리케이션에서 웹브라우저에 특정 정보를 저장해두는 기술

이 HTTP 쿠키를 이용하여 특정 사이트에 접속할 때 로그인 정보, 웹페이지 열람 이력, 쇼핑몰 상품 열람 기록, 장바구니 정보 등을 기록할 수 있다.

쿠키가 동작하는 과정은 다음과 같다.

브라우저의 요청에 대해 웹 서버에서 HTTP 응답을 보낼 때 쿠키를 포함하여 보낸다. 이 때 쿠키 정보는 HTTP Set-Cookie header에 포함된다.
웹브라우저에 쿠키를 받을 수 있도록 허용된 상태라면 쿠키를 저장한다.
이후에 HTTP request를 보낼 때 쿠키 정보도 함께 보내진다.

6. 프록시 서버 (Proxy server)

Proxy(프록시)는 ‘대리인’, ‘대리자’라는 의미를 가진 용어로 proxy server는 의미 그대로 웹 서버 접속을 ‘대신’ 해주는 서버를 말한다. 그렇다면 왜 대리를 둬야할까?

프록시 서버를 두는 이유를 이해하기 위해 먼저 프록시 서버가 있는 웹 브라우저와 웹 서버의 흐름을 파악해보자.

프록시 서버는 웹 브라우저와 웹 서버 사이에 존재한다. 그래서 웹 브라우저가 웹 서버에 요청하면 먼저 프록시 서버가 이를 받는데, 이 때 포트번호도 프록시 서버의 포트 번호로 설정해야 한다. 주로 프록시 서버의 포트 번호는 ‘8080’ 이다. 요청을 받은 프록시 서버는 웹 서버 포트 번호로 웹 서버에게 이 요청을 전달한다. 이 요청에 대한 응답으로 서버에서 응답을 보내면 프록시 서버가 먼저 이 응답을 받은 후, 웹 브라우저에 전달한다.

이렇게 프록시 서버는 웹 브라우저와 웹 서버 중간에 위치하기 때문에, 기업에서는 ‘감시’ 하기 위해 둔다. 직원이 업무 시간 도중 업무와 무관한 내용으로 구글을 검색하거나, 유튜브에 들어가는 짓을 확인할 수 있다. 또 다른 이유로는 프록시 서버를 통해 유해 사이트에 접속하는 것을 제한할 수 있다. 이를 ‘URL 필터링’ 혹은 ‘웹 필터링’이라 한다.

7. 네트워크 실습

DNS server

DNS(Domain Name System)이란? 웹 사이트의 IP 주소와 도메인 주소를 이어주는 시스템

터미널을 열어서 nslookup www.naver.com을 입력해보자.
- Non-authoritative answer: 아래 항목들 중에서 Address를 보면 www.naver.com의 IP 주소를 확인할 수 있다.
- Address: 223.130.200.104 를 입력하면 네이버로 이동할 것이다.
url을 입력하면 DNS server에서 이 url에 해당되는 IP 주소를 보내주고, 이 IP 주소로 입력되어 해당 서버에 요청하여 화면에 보여지는 것

맥에서 DNS 확인

cat /etc/hosts을 입력

위 명령어를 입력하면 아래창을 확인할 수 있다.

1
2
3
127.0.0.1 localhost
255.255.255.255 broadcasthost
::1             localhost

127.0.0.1은 localhost다.
broadcasthost 는 255.255.255.255 다.
DNS에다가 추가하고 싶은 IP 주소를 추가할 수 있다는 것

[TIL]OSI 7 layer: 5 ~ 7계층

네트워크 학습 내용 순서

1. Application 응용 계층 개요

OSI model 기준 5, 6, 7 계층

7 계층 Application layer: HTTP/FTP/gRPC

6 계층 Presentation layer: Encoding, Serialization, Decoding, Deserialization

5 계층 Session layer: Connection establishment, TLS

TCP/IP model 기준 application layer

2. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP란?

DHCP 동작 설명

1) 임대 요청(DHCP DISCOVER)

2) 임대 제공(DHCP OFFER)

3) 임대 선택(DHCP REQUEST)

4) 임대 확인(DHCP ACK)

3. DNS (Domain Name Service)

도메인 이름과 IP 주소를 모두 사용하는 이유

Name resolution (이름 해석)

정방향 조회와 역방향 조회

DNS 계층 구조

TLD, SLD 그리고 Sub domain

국가 도메인과 일반 도메인

반복적 쿼리와 재귀적 쿼리

반복적 질의

재귀적 쿼리

4. HTTP

5. 쿠키

6. 프록시 서버 (Proxy server)

7. 네트워크 실습

DNS server

맥에서 DNS 확인

Reference

네트워크 학습 내용 순서#

1. Application 응용 계층 개요#

OSI model 기준 5, 6, 7 계층#

7 계층 Application layer: HTTP/FTP/gRPC#

6 계층 Presentation layer: Encoding, Serialization, Decoding, Deserialization#

5 계층 Session layer: Connection establishment, TLS#

TCP/IP model 기준 application layer#

2. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)#

DHCP란?#

DHCP 동작 설명#

1) 임대 요청(DHCP DISCOVER)#

2) 임대 제공(DHCP OFFER)#

3) 임대 선택(DHCP REQUEST)#

4) 임대 확인(DHCP ACK)#

3. DNS (Domain Name Service)#

도메인 이름과 IP 주소를 모두 사용하는 이유#

Name resolution (이름 해석)#

정방향 조회와 역방향 조회#

DNS 계층 구조#

TLD, SLD 그리고 Sub domain#

국가 도메인과 일반 도메인#

반복적 쿼리와 재귀적 쿼리#

반복적 질의#

재귀적 쿼리#

4. HTTP#

5. 쿠키#

6. 프록시 서버 (Proxy server)#

7. 네트워크 실습#

DNS server#

맥에서 DNS 확인#

Reference#

네트워크 학습 내용 순서

1. Application 응용 계층 개요

OSI model 기준 5, 6, 7 계층

7 계층 Application layer: HTTP/FTP/gRPC

6 계층 Presentation layer: Encoding, Serialization, Decoding, Deserialization

5 계층 Session layer: Connection establishment, TLS

TCP/IP model 기준 application layer

2. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP란?

DHCP 동작 설명

1) 임대 요청(DHCP DISCOVER)

2) 임대 제공(DHCP OFFER)

3) 임대 선택(DHCP REQUEST)

4) 임대 확인(DHCP ACK)

3. DNS (Domain Name Service)

도메인 이름과 IP 주소를 모두 사용하는 이유

Name resolution (이름 해석)

정방향 조회와 역방향 조회

DNS 계층 구조

TLD, SLD 그리고 Sub domain

국가 도메인과 일반 도메인

반복적 쿼리와 재귀적 쿼리

반복적 질의

재귀적 쿼리

4. HTTP

5. 쿠키

6. 프록시 서버 (Proxy server)

7. 네트워크 실습

DNS server

맥에서 DNS 확인

Reference