HTTP 웹 지식 - 인터넷 네트워크

📌 김영한 님의 "모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식" 강의 듣고 정리

 

📍인터넷 통신

- 인터넷 상에서 컴퓨터 둘은 어떻게 통신하나요? 

메시지를 보내야하는 대상이 너무 멀리 있다면 인터넷 망을 통해서 메시지를 전달해야 한다. 

하지만 인터넷 망은 매우 복잡해서 수많은 노드들이 사이에 존재하여 이를 거쳐야 한다.

그럼 도대체 어떤 규칙으로 목적지까지 안전하게 전달되는 걸까?

 

 

📍IP ( Internet Protocol )

현실세계에서도 편지를 주고 받을 때 주소가 존재하듯이 인터넷 상에도 주소가 존재한다. 그게 바로 IP주소다.

• IP 역할 : 지정한 IP 주소로 데이터를 전달. 이때, 패킷(Packet)이라는 통신 단위로 데이터를 전달한다

* 클라이언트 패킷 전송

데이터를 전송하려는 클라이언트에서 출발지의 IP와 목적지의 IP 등의 정보를 붙여 데이터를 IP 패킷으로 만들어 인터넷에 던지면 인터넷 망의 모든 서버(노드)들은 이 IP 규약을 따르고 있기 때문에 이 주소를 찾아 계속 서로 던져주게 된다. 이런 식으로 던지다가 결국 최종 목적지에 다다르게 된다. 

 

* 서버 패킷 전송

서버 측도 동일하다. 하지만 인터넷 망이 복잡하므로 받은 루트와 보낸 루트가 동일하지 않을 수 있다. 

 

하지만 이런 IP 프로토콜에 한계가 있다.

• 비연결성 : 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능이어도 패킷을 전송해버린다.
• 비신뢰성 : 중간에 패킷이 사라져도, 패킷이 순서대로 가지 않더라도 해결이 안된다.
• 프로그램 구분 불가능 : 같은 IP를 사용하는 서버안의 프로그램끼리 구분하지 못한다. 

이런 문제점을 해결하기 위해 나온 것이 TCP 이다.

 

 

📍TCP , UDP

 

인터넷 프로토콜 스택(TCP/IP Protocol)의 4계층은 아래와 같다.

애플리케이션 계층(Application Layer)	HTTP, FTP, telnet, DHCP, TFTP, SMTP, DNS, SNMP 등
전송 계층 (Transfer Layer)	TCP, UDP
인터넷 계층 (Internet Layer)	IP, ARP, RARP, ICMP
네트워크 인터페이스 계층 (Network Interface Layer 또는 Network Access Layer)

TCP, UDP는 IP 위에서 IP 기능을 보완한다. 

 

메세지가 전달되는 과정은 아래와 같다.

김영한님 모든 개발자를 위한 http 웹 기본 지식 강의 자료 중

1. 프로그램이 Hello, world! 메시지 생성하면

2. SOCKET 라이브러리를 통해  OS 계층으로 전달

3. 메시지 정보에 TCP 정보 씌운다(TCP 세그먼트). 그리고 IP계층으로 보내면

4. TCP 세그먼트에 IP와 관련한 데이터를 씌워 IP 패킷으로 생성

5. 그리고 나서 네트워크 인터페이스를 통해 LAN카드로 나가는 데, Ethernet Frame(이더넷 프레임 / 물리적 정보 포함)이 최종적으로 씌워져 나가게 된다. 

 

- 패킷 (Packet) 이란? Package + Bucket 

 

- IP 패킷 정보

출발지 IP, 목적지 IP, 등

 

- TCP 세그먼트 정보

출발지 PORT, 목적지 PORT, 전송 제어, 순서, 검증 정보 등

 

 

* TCP (전송 제어 프로토콜 / Transmission Control Protocol)

• 신뢰할 수 있는 프로토콜로 현재 대부분 TCP 사용
• 연결지향 (연결을 먼저) - TCP 3 way handshake (가상연결 / 논리적 연결)
• 데이터 전달이 보장 (데이터를 보내면 이에 대한 응답을 보냄)
• 순서 보장 (중간에 잘못보낸다면 잘못보낸 순서부터 재전송)

 

- TCP 3 way handshake 

SYN (접속 요청) , ACK(요청 수락 , 마지막 ACK에서 데이터도 전송 가능)

• 클라이언트가 서버에 SYN패킷으로 요청을 보내고 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태가 된다. 
• 서버는 SYN 요청을 받아 클라이언트에게 SYN / ACK 패킷을 보내고 응답을 기다리는 SYN_RECEIVED 상태로 기다린다. 
• 마지막으로 클라이언트가 서버로부터 응답을 받아 ACK 패킷을 보내면 서버의 상태가 ESTEBLISHED가 되어 연결이 수립되고 데이터가 오고 가게 된다.

- TCP 순서 보장 방법

SEQ(Sequence), ACK(Acknowledge)로 수신 데이터 순서(offset)을 확인하고 누락/지연 패킷에 대한 재전송 알고리즘을 제공해 IP를 보완

 

• SEQ : 현 연결에서 현재까지 송신한 데이터 총 크기(바이트 단위)이자 순서 번호(Offset). 수신 측에서는 이걸보고 상대방이 지금까지 나에게 보낸 데이터 총량을 알 수 있다. 그리고 SEQ번호는 전체 데이터 상의 위치 번호와 같으므로 데이터 순서를 맞추는데 사용된다.

• ACK : 현 연결에서 현재까지 누락 없이 수신한 데이터 총 크기(바이트단위)이자 다음 수신을 원하는 SEQ 번호, 상대방이 누락 없이 받은 데이터 총량을 알 수 있다. 공식은 SEQ + (Data Size) 이다. 누락 발생 시 재전송해야 하는 SEQ 번호를 알 수 있다. 재전송은 상대방이 계속(마지막)에 보내오는 ACK 번호와 일치하는 SEQ 번호의 데이터를 전송하면 된다.

 

계속 동일한 ACK가 오는 걸 중복 ACK라 하는데, 송신측에서 다른 세그먼트를 보내도 중복 ACK가 3회 이상이면 송신 측에서 중간에 누락된 것으로 판단하게 되는데 해당 ACK 번호와 일치하는 SEQ 데이터 세그먼트를 재전송하게 된다. 재전송 발생 여부는 장비 불량이나 네트워크 이상, 장비 설정 이상 등을 유추할 수 있는 단서가 되기 때문에 체크요소가 된다.

출처: https://evan-moon.github.io/2019/11/26/tcp-congestion-control/

이미지에서 4,8에 해당하는

 

https://packetlife.net/blog/2010/jun/7/understanding-tcp-sequence-acknowledgment-numbers/

 

* Number 뒤에 (raw)인건 실제 세그먼트 데이터 번호고 (raw) 없는 건 보기 편하게 가공된 번호

* Window는 수신측에서 처리할 수 있는 데이터 양

* flags는 flags 들을 한자리 수처럼 여겨 16비트 통으로 표현

*  Data Size가 0이라면 같은 ACK을 반복하게 된다. 이 것을 방지해서 받은 패킷의 Data Size가 0이라면 Sequnce 번호에 1을 더한 값을 ACK으로 설정

 

 

* 먼저 3 way handshake

 

* 데이터 전송

클라이언트 > 서버

서버 > 클라이언트

수신했다는 표시로 다음 Acknowledge Number로 다음 차례를 알려준다. 

 

* 아래글에 위 그림이랑 최대 세그먼트 크기 초과해서 둘로 나누는 방식도 보여줌

Understanding TCP Seq & Ack Numbers [Packet-by-Packet] | GoLinuxCloud

 

* UDP (User Datagram Protocol)

• 기능이 거의 없어 하얀 도화지에 비유 
• TCP의 연결지향 (3 way handshake) , 데이터 전달 보장, 순서 보장 모두 안됨
• 그러나 단순하고 빠름! Custom이 가능하기 때문에 더 최적화가 가능함!
• IP와 다른건 PORT와 체크섬(데이터가 맞는지) 기능 추가되며 애플리케이션에서 추가 작업 필요하다. 

 

 

📍PORT

하나의 IP에 여러 프로그램이 있다면 들어오는 데이터가 어디 프로그램에 필요한 데이터인지 어떻게 구분할까?

같은 IP내에서 프로세스를 구분하는 것이 PORT다. IP는 아파트 PORT는 몇동 몇호! 

• 0 ~ 65535 할당 가능 ( 0 ~ 1023 은 잘 알려져있어 사용 권장 X )
• FTP (20, 21) , TELNET (23) , HTTP (80) , HTTPS (443)

 

 

📍DNS ( Domain Name Server)

IP는 기억하기도 어렵고 IP가 변하는 경우도 있다. 

• 인터넷 망의 전화번호부 
• 도메인 명을 IP주소로 변환

* DNS 사용 과정

1. 도메인 명을 검색 google.com

2. DNS 서버가 이를 받아 해당 도메인에 맞는 IP주소를 응답

3. 클라이언트는 응답받은 IP주소로 접속