1장. 웹과 네트워크의 기본에 대해 알아보자

들어가며

이 글은 그림으로 배우는 Http & Network Basic 책을 읽으며 학습한 내용을 정리한 글입니다.

이번 글에서는 웹, HTTP, 그리고 네트워크의 배경과 간단한 배경 지식에 대해 작성하겠습니다.

웹, 그리고 네트워크를 공부해야 하는 이유

책에는 없는 내용이지만 네트워크를 공부해야 하는 이유에 대해 생각해봤다.

웹, 그리고 네트워크는 통신하는 방법에 대한 개념이다.
통신은 게임, 쇼핑몰, IoT 분야 상관없이 IT 서비스에서는 필수다.

따라서 우리가 어디가서 개발한다고 하려면 적어도 네트워크가 어떻게 구성되어 있고, 어떻게 동작하는지 알아야 한다고 생각한다.

클라이언트, 서버, 그리고 프로토콜

기본적으로 네트워크 상에서 클라이언트와 서버가 HTTP 프로토콜을 이용해 통신한다.

클라이언트

통신을 요청하는 장치

서버

받은 요청에 따라, 정보나 서비스를 제공하는 장치

프로토콜

서로 다른 장치들끼리 통신하는 방식을 미리 정의해놓은 약속 또는 규칙

TCP/IP

TCP/IP는, 전세계에서 가장 많이 사용되는 Internet Protocol Suit 중 하나다.

Internet Protocol Suit: 인터넷에서 컴퓨터 간 통신하는 데 쓰이는 프로토콜의 모음

기본적으로 네트워크 상에서 일어나는 통신은 TCP/IP 프로토콜을 이용해 이루어진다고 보면 된다.
책의 주 내용인 HTTP 프로토콜도 TCP/IP 프로토콜에 기본적으로 포함된다.

TCP/IP 프로토콜에서 가장 중요한 것은 계층 구조라는 것이다.

워낙 방대한 내용이지만 해당 책에서는 간단한 소개 정도만 하고 있다.
보다 자세한 내용은 테코톡 - 히히의 OSI 7 계층과 테코톡 - 수리의 TCP/IP를 참고하자.

TCP/IP 계층 구조

통신 과정에 필요한 작업들을 모놀리식이 아닌, 4계층으로 나누어 각 계층 별로 담당하는 작업을 나눴다.
다시 말해 각 계층을 모듈화하였고, 자연스레 변경이 쉬워지며 다른 계층이 뭘 하는지 알 필요가 전혀 없어도 된다.

4계층은 아래와 같이 나뉜다.

1. Application Layer

   • 애플리케이션에서 통신에 필요한 작업을 수행하는 계층이다.
   • 프로세스와 운영체제 사이에 존재하는 소켓을 통해 데이터 송수신이 이루어진다.
   • HTTP, FTP(File Transport Protocol), DNS(Domain Name System) 등이 계층에 포함된다.

2. Transport Layer

   • 통신의 신뢰성을 보장하는 작업을 처리한다.
   • TCP와 UDP 두 가지 프로토콜이 포함된다.

3. Internet Layer

   • 네트워크 상에서 패킷의 이동을 처리한다.
   • IP(Internet Protocol)이 포함된다.

4. Link Layer (Data Link Layer, Network Interface Layer)

   • 네트워크에 접속하는 하드웨어와 관련돤 계층이다.
   • 랜 카드, 케이블 등이 해당 계층에 포함된다.

TCP/IP 통신의 흐름

기본적으로 클라이언트와 서버 모두 계층 순서대로 작업을 거쳐가며 통신한다.

클라이언트의 Application Layer -> Transport Layer -> Internet Layer -> Link Layer -> 서버의 Link Layer -> Internet Layer -> Transport Layer -> Application Layer 순서대로 거치게 된다.

캡슐화

클라이언트의 Application Layer에서 만들어진 HTTP 데이터는 Transport Layer, Network Layer, Link Layer를 거치며 각 계층에서 만들어진 데이터가 추가된다.

이렇게 만들어진 데이터가 서버의 Link Layer에 도착하고 HTTP 데이터가 서버의 Application Layer까지 도달하기 위해선, 마찬가지로 각 계층을 거치면서 각 계층이 필요한 데이터를 사용 및 삭제하고 다음 계층으로 전달한다.

이 과정을 캡슐화 라고 한다.

각 계층의 데이터를 추가할 때, 헤더를 추가한다고 한다.
각 계층 별로 추가하는 헤더의 이름은 조금씩 다르다.

Transport Layer가 씌우는 헤더는, 세그먼트
Internet Layer가 씌우는 헤더는, 패킷
Link Layer가 씌우는 헤더는, 프레임 이라고 부른다.

HTTP와 관계가 깊은 프로토콜, IP / TCP / DNS

IP (Internet Protocol)

인터넷 프로토콜(이하 IP)은 Internet Layer에 포함된다.

IP의 역할은 패킷을 상대 컴퓨터에게 전달하는 것이다.

패킷을 전달하기 위해서는 많은 정보가 필요하다.
그 중에서도 IP 주소와 MAC 주소가 중요하게 작용한다.

• IP 주소

  • 네트워크 통신에 있어 각각의 통신기기에 할당된 주소다.
  • 인터넷 서비스 공급자(ISP)에 의해 할당받는다.
  • 고유한 주소가 아니다. 경우에 따라 변경될 수 있다.

• MAC 주소

  • 네트워크에 존재하는 노드의 NIC와 같은 하드웨어에 고유적으로 부여된 주소다.
  • 변하지 않는다.

IP 주소와 MAC 주소를 이용해 도착지를 파악한다.
그런데 IP 주소는 가변성이 있기 때문에 도착지 정보를 IP 주소에서 MAC 주소로 변환하여 정확한 위치를 파악하는 것이 필요하다.

이때 사용되는 프로토콜이 ARP(Address Resolution Protocol) 프로토콜 이다.

IP에서 또 중요한 것은 라우팅이다.
라우팅은 네트워크 상에서 패킷이 전달될 때 최적의 경로를 선택하는 과정이다.

TCP (Transfer Control Protocol)

TCP는 Transport Layer에 포함된다.

TCP는 데이터 전달 보증, 패킷 전달 순서를 보장한다.

3 way handshake 를 통해 데이터 전달의 신뢰성을 보장한다.
여러 패킷들을 세그먼트로 나누고 각 세그먼트에 번호를 부여하는 방식으로 패킷의 전달 순서를 보장한다.

DNS (Domain Name Service)

DNS는 Application Layer에 포함된다.

DNS의 역할은 사람이 기억하기 어려운 IP 주소와 MAC 주소에 이름(도메인)을 붙여 사용하기 쉽도록 이름을 IP 주소로 변환하는 작업이다.

전체 과정

HTTP, DNS, TCP, IP가 동작하는 전체 과정의 그림을 통해 다시 이해해보자.

URI와 URL

URI(Uniform Resource Identifier)은 네트워크 상에서 리소스를 식별할 수 있는 수단을 제공한다.

URI에는 리소스의 위치를 가리키는 URL(Uniform Resources Location)과 리소스의 이름을 지정하는 URN(Uniform Resources Name)으로 나뉜다.
URN 만으로 실제 리소스를 식별하는 방법이 보편화되지 않고 URL 방식이 보편화되었다.
그래서 사실상 URI와 URL을 같은 의미로 사용한다.

URL 문법

schema://[user:password@]server address[:port][/path][?query][#fragment]

https://www.google.com:443/search?q=google&hl=ko

• schema (https)

  • 사용할 프로토콜을 지정한다.

• user:password

  • 리소스를 얻기 위해 사용되는 인증 정보를 지정한다.
  • 생략 가능하다.

• server address (www.google.com, localhost, celuveat.com)

  • 통신을 요청할 서버의 주소를 지정한다.
  • 도메인 이름이나 IP 주소를 입력한다.

• port (:80, :8080, :443, :22)

  • 서버의 접속 대상이 되는 포트 번호를 지정한다.
  • :로 시작한다.
  • 생략 가능하다.
  • 생략하면 schema에 따라 default port가 사용된다.

• path (/search)

  • 리소스의 경로를 지정한다.
  • /로 시작한다.
  • 생략 가능하다.

• query (?q=google&hl=ko)

  • 지정된 리소스에 임의의 값을 전달하기 위해 지정한다.
  • ?로 시작하며 key=value 형태로 작성하고 각 값은 &를 통해 구분한다.
  • 생략 가능하다.
  • query parameter, query string라고도 불린다.

• fragment

  • 취득한 리소스에서 서브 리소스(특정 위치)를 가리키기 위한 값을 지정한다.
  • html 내부 북마크 등에 사용한다.
  • 예) https://docs.spring.io/spring-framework/reference/web/websocket.html#when-to-use-websockets
  • 서버로 전송하는 정보가 아니다.

Reference

• 그림으로 배우는 Http & Network Basic
• 모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식