HTTP #2 인터넷 네트워크의 이해

# 네트워크, 미국과 한국을 어떻게 연결했을까?

개발하면서 여기까지는 몰라도 되긴하지만, 궁금하다면 아래 링크를 읽어보자.

2021.01.04 - [기본 지식/웹 기본지식] - 네트워크의 동작원리

1. 인터넷의 동작원리

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# 기초지식

만약 두 컴퓨터, 클라이언트와 서버가 선으로 직접 연결되어있다면 인터넷이라는 개념은 필요없을 것이다. 실제로 네트워크가 보급되지않았던 옛날에는 한 건물 내의 서버 컴퓨터와 클라이언트 컴퓨터를 선으로 연결했었다.

그리고 개인 컴퓨터(PC)가 등장하며 인터넷의 보급이 이루어지기 시작했다.

 

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# 1. 프로토콜 (Protocol)

기존에 군이나 외교상에 많이 사용되었던 단어로, 일종의 통신 규칙 (통신 규약)을 의미한다. 여기에서는 송신자와 수신자의 컴퓨터간 통신을 하기 위해 서로 받는 메시지의 규칙, 인증, 오류 감지등을 지정한 규약이라고 이해하면 된다.

 

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2. IP (Internet Protocol)

두 컴퓨터가 통신하기 위해서는 수 많은 통신망(노드)들을 거쳐야한다. 그 수 많은 컴퓨터중 내가 원하는 목적지를 어떻게 찾을 수 있을까? 이를 해결하기위해 네트워크마다 주소(IP)를 부여한 것이 바로 인터넷 프로토콜, IP체계이다. 

IP에는 기본적으로 [출발지 IP]와 [목적지 IP]와 기타 필요한 정보를 담아 네트워크에 전송한다.

인터넷에서 사용하는 데이터를 담는 상자를 패킷(Package + bucket, Packet)이라고 한다.

직접 선을 연결한 것이 아니기에 네트워크 망에서 내가 원하는 목적지가 어디인지도 모르고 어떻게 가야하는지도 모른다. 그래서 IP(인터넷 프로토콜)을 이용해서 각각의 노드끼리 정해진 규칙으로 데이터를 주고 받으며 목적지까지 전송한다.

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# 2-1 IP 프로토콜의 한계

대표적으로 1. 비연결성(connectionlessness)과 2. 비신뢰성(unreliability)의 문제가 있다.

1.  패킷을 받을 대상이 없거나, 서버(=서비스)가 불능 상태여도 전송한다. 즉 서로 연결을 보장하지 않는다.
2.  중간에 패킷을 탈취하기 쉽다. 또한 전송된 패킷이 순서대로 올거라는 보장이 없다.
   ➡ 보내는 데이터가 크다면 패킷(데이터박스)를 여러개로 나눠 순서대로 보낼 수도 있다는 걸 인지하자.
3. 한 컴퓨터에는 여러 프로그램이 동작한다. IP 주소가 같다면 각각의 프로그램을 어떻게 구분할까? 

이러한 문제를 해결하기위해, IP 정보를 감싸서 추가 정보를 넣는 TCP/UDP 프로토콜이 나오게 된다. 

 

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# 3. TCP, UDP ( Transmission Control Protocol, User Data Protocol )

위의 3가지 문제점을 해결하기 위해 나온 상위 프로토콜이 TCP/UDP (전송제어 프로토콜/ 유저데이터 프로토콜)이다.

단순 데이터만 보내는 것이 아니라 전송 순서, 검증 정보등을 포함하여 신뢰성과 연결성을 보장한다. 만약 패킷이 순서대로 오지 않더라도, TCP계층의 정보를 이용하여 순서도 확인하여 적절한 처리를 할 수 있다.

 

또한 TCP 계층에서 각 컴퓨터의 포트(port)라는 개념을 도입하여, 한 IP에서도 포트번호로 프로그램들을 구분지어 여러 프로그램들을 구분짓어 통신할 수 있게 되었다. 

패킷이라는 단어와 구분하기위해 TCP 박스를 세그먼트(segment) 라고 부른다.

 

 

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# 3-1 TCP의 연결지향, 3 Way Handshake

실제 두 컴퓨터를 물리적으로 실시간 연결하는건 불가능하다. 그래서 연결을 시작할 때 [SYN, SYN+ACK, ACK] 데이터를 보내고 인증 과정을 거쳐 서로 정상 연결되었음을 확인한다. 짧게말하면 '두 컴퓨터의 논리적인 연결상태'를 만든다.

SYN( Synchronized, 동기화요청 ) , ACK( Acknowledgement, 승인 )

 

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# 3-2 신뢰성이 필요없는 데이터, UDP

TCP는 신뢰성을 보장해주는 장점은 있지만, 연결이 복잡해져 전송 속도가 느려진다. 그래서 그런 복잡한 과정이 필요없고 손상되더라도 다시 그냥 보내면 되는 데이터들(영상, 이미지, 텍스트같은 단순 리소스들)을 위해 UDP, 유저 데이터 프로토콜도 제공한다.

 

UDP는 특별한 기능이 있지않고 IP 프로토콜을 그대로 사용하되, port와 체크섬(CheckSum,데이터 손상 검증, 검증값을 더해서 0이되는지 확인) 정도만 추가하여 사용하기에 기존의 IP 체계처럼 연결성, 신뢰성등을 보장하지 않는다.

HTTP의 역사 (TCP/IP 체계는 HTTP 1.1에 확립되었다.)

HTTP3 란 무엇일까

웹이 발전함에 따라서 TCP의 여러 단점들(성능, 1:1 통신만 가능, DDOS에 취약등)을 개선하기위해 HTTP/2가 등장하였고, 최근(2021년)에는 아예 TCP를 버리고 새로운 체계를 만들기위해 기존에 거의 백지상태였던 UDP를 이용하여 핸드쉐이크 개념 자체를 버리고 새로 설계한 HTTP/3가 뜨고 있다.

 

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4. Port

앞에 TCP/UDP 계층에서 추가된 기능이다. 위에도 설명했지만, 한 컴퓨터 안에도 여러 프로그램이 동시에 실행되는데 이를 구분하고 한 IP에 여러가지 네트워크 서비스를 이용하기 위해 포트를 이용한다.

Port를 이용하여 한 아이피 내에서 프로세스를 구분할 수 있다.

포트는 2바이트 숫자(0~65535)로 지정할 수 있으며 포트를 강제하는 규정은 없지만, 관례상으로 사용되는 포트번호(0~1023)는 사용하지 않는 것이 좋다. 보통 이 포트들은 운영체제에서 root권한이 없으면 사용할 수 없게 막혀져있다.

0~1023중 흔히 사용하는 포트들. (Well-Known port)

 

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5. DNS (Domain Name Service)

주소체계를 IP로 하는 건 좋았는데, 우리가 서비스를 이용하면서 IP와 포트번호를 외우고 다니기는 매우 어렵다.

또한 한 서버에서 여러 IP를 사용하거나, 상황에 따라 IP번호가 변경될 수도 있는데 이런 불편함을 해소하기 위해서 보통 DNS 서버를 이용한다.

대표적인 DNS 서버들.

DNS 호스팅 업체에 도메인 이름(ex google.com)을 구매해서 일정 비용을 지불하면 우리가 해당 도메인명을 검색했을 때, IP를 찾아서 전달해준다. DNS 서버는 컴퓨터에서 직접 지정할 수도있고, ISP(인터넷 서비스 제공업체)에서 자동으로 지정 받을 수있다.

1. DNS 서버에서 해당 도메인의 아이피를 찾는다.

2. 해당 아이피에 접속한다.

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6. 인터넷 프로토콜 4계층

위의 개념들을 하나로 정리한 것이 TCP/IP 4계층이다. 네트워크 인터페이스는 랜카드, Mac주소 같은 요소들이 있다고 이해하면 된다. (네트워크에 대해 깊게 공부하면 배우게 된다.)

참고로 한 프로그램에서 네트워크 통신을 할 때, 모든 과정을 마치고 네트워크에 전송하는 진입점(End-Point)를 Socket이라고 부른다. 운영체제가 제공하는 Socket 라이브러리를 사용하면 내부적으로 아래와 같은 단계를 거쳐 전송되게 된다.