Yologger's Blog

# Table of Contents

# 웹 통신의 흐름

  1. 사용자가 브라우저로 URL을 입력한다.
  2. 브라우저는 DNS를 통해 서버의 IP 주소를 찾는다.
  3. HTTP는 TCP 위에서 동작하므로 3-way handshaking을 통해 TCP connection을 수립한다.
  4. TCP 연결을 통해 HTTP 요청이 전송된다.
  5. 서버는 요청을 처리하고 HTTP 응답을 반환한다.
  6. 브라우저는 HTTP 응답을 처리하여 브라우저에 보여준다.

# OSI 7 Layer 모델

네트워크 장비와 소프트웨어 간 호환성을 위해 제정된 표준

  • 물리 계층
    • 전기적 신호와 비트 간 변환, 전기적 신호를 어떻게 인식할 것인지를 정의한 계층
    • 리피터, 허브가 이 계층에 포함된다.
  • 데이터 링크 계층
    • 인접한 두 노드 간 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층.
    • 충돌 제어, 오류 제어를 담당한다.
    • Ethernet, WiFi, Bluetooth가 이 계층에 포함
    • MAC 주소로 기기를 고유하게 구분한다.
    • 브릿지와 스위치가 이 계층에 포함된다.
  • 네트워크 계층
    • IP 주소를 사용하여 출발지 호스트와 목적지 호스트 간 라우팅을 담당하는 계층
    • 라우터가 이 계층에 포함된다.
  • 전송 계층
    • 출발지 호스트에서 목적지 호스트까지 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층.
    • TCP와 UDP가 이 계층에 포함된다.
  • 세션 계층
    • 프로세스 레벨의 세션을 관리하는 계층
  • 프리젠테이션 계층
    • 압축, 암호화/복호화, 인코딩/디코딩을 담당하는 계층
    • Base 64 인코딩, MIME 인코딩, SSL/TSL이 이 계층에 포함된다.
  • 응용 계층:
    • 호스트에서 동작하는 프로세스가 포함되는 계층

# TCP/IP 4 Layer 모델

  • 네트워크 인터페이스 계층
    • OSI 7 Layer의 물리 계층과 데이터 링크 계층을 합친 계층
    • 전기적 신호와 비트 간 변환, 비트의 전송 규약, 인접한 두 노드 간 신뢰성 있는 데이터 전송을 정의한 계층
    • MAC 주소가 이 곳에 포함된다.
  • 인터넷 계층
    • IP 주소를 사용하여 출발지 호스트에서 목적지 호스트로의 라우팅을 담당하는 계층
    • 라우터가 이 계층에 포함된다.
  • 전송 계층
    • 출발지 호스트에서 목적지 호스트까지 신뢰성 있는 데이터 전송을 담당하는 계층.
    • TCP와 UDP가 이 계층에 포함된다.
  • 응용 계층
    • 호스트에서 동작하는 프로세스가 이 곳에 포함된다.

# TCP vs UDP

# TCP

  • Connection-oriented 프로토콜
  • 먼저 3-way Handshaking을 통해 연결을 수립한 후 데이터를 전송한다.
  • 수신측에서 패킷의 오류를 검사하고 오류가 있으면 재전송을 요청하기 때문에 신뢰성이 보장된다.
  • TCP 3-way Handshaking
    • 신뢰성있는 데이터 전송을 위해 데이터를 전송하기 전 세션을 먼저 수립하는 것
    • SYN, SYN+ACK, ACK 순으로 패킷이 전송되면 연결이 되었다고 간주한다.
    • 네 번째 Handshaking으로 연결을 종료한다.

# UDP

  • Connection-less 프로토콜
  • 신뢰성을 보장하지 않지만 간단하고 빠르기 때문에 스트리밍 같은 서비스에 사용된다.

# 네트워크 장비

  • 리피터
    • 단순히 전기적 신호를 증폭시켜준다.
  • 허브
    • 전기적 신호를 연결된 모든 기기에 브로드캐스팅
  • 브릿지
    • MAC 주소로 데이터를 전달하며, 충돌을 제어한다.
    • 소프트웨어적으로 동작한다.
  • 스위치
    • MAC 주소로 데이터를 전달하며, 충돌을 제어한다.
    • 하드웨어적으로 처리하기 때문에 더 빠르다.
  • 라우터
    • IP 주소를 기반으로 라우팅, 패킷 포워딩을 해준다.
  • 게이트웨이
    • 다른 방식의 프로토콜을 가진 두 네트워크를 연결

# HTTP

  • Hypertext Transfer Protocol
  • 클라이언트와 서버 간 웹 페이지나 데이터를 주고받을 때 사용하는 통신 프로토콜
  • TCP 계층 위에서 동작하며 connectionless, stateless하다는 것이 가장 큰 특징
  • connection, state를 부여하기 위해 쿠키와 세션을 사용할 수 있다.
  • JSON 형태의 데이터를 주고 받는 REST API에도 사용된다.

# HTTP Method

이름 설명
GET - 서버에서 데이터를 가져올 때 사용하는 메서드.
- 요청할 자원을 Query Parameter나 Path Variable로 표현할 수 있다.
POST - 서버에 리소스를 생성할 때 사용하는 메서드.
- REST API에서는 json, xml 형태의 데이터를 Http Request Body에 담아 보낸다.
PUT 서버 리소스의 전체를 업데이트할 때 사용하는 메서드
PATCH 서버 리소스의 일부를 업데이트할 때 사용하는 메서드
DELETE 서버의 리소스를 삭제할 때 사용하는 메서드

# HTTP Status Code

  • 2xx: 요청 처리 성공
    • 200(OK): 요청이 성공적으로 처리됨
    • 201(Created): 요청이 성공적으로 처리되고 리소스가 생성됨. POST 요청에 대한 응답으로 사용된다.
    • 202(Accepted): 서버가 요청을 수신했으나 아직 처리중이라는 의미, 비동기 처리에 대한 응답.
    • 204(No content): 요청이 성공적으로 처리되었으나 응답이 없음. PUT, PATCH, DELETE 요청에 대한 응답으로 사용된다.
  • 3xx: 리다이렉트
  • 4xx: 클라이언트 에러
    • 400(Bad request): 클라이언트 요청이 올바르지 않을 때 사용된다.
    • 401(Unauthorized): 인증이 되지 않은 상태에서 자원을 요청할 때 사용한다.
    • 403(Forbiddend): 인증은 되었으나 권한이 없을 때 사용한다.
    • 404(Not Found): 클라이언특가 요청한 자원이 서버에 없을 때 응답으로 사용한다.
  • 5xx: 서버 에러, 일반적으로 클라이언트에게 이 에러를 보내지 않는다.
    • 500(Internal Server Error): 서버 내부 에러

# HTTPS

HTTP는 따로 암호화 과정을 거치지 않기 때문에 중간에서 패킷을 가로채면 내용을 들여다볼 수 있고 위변조할 수도 있다. 따라서 전송되는 데이터를 SSL로 암호화하여 전송하는 것을 HTTPS라고 한다.

# REST API

HTTP URI를 통해 자원을 표시하고 HTTP Method를 통해 자원에 대한 처리를 표현한다. 보통 JSON 형태로 데이터를 주고 받는다.

# MIME Type

  • 인터넷에서 전달되는 데이터의 타입을 알려주는 식별자로 Media Type 이라고도 한다.
  • HTTP 요청이나 응답의 content-type 헤더에 이 MIME Type을 이용해서 전송되는 데이터 타입을 명시한다.
  • 자주 사용되는 MIME Type은 다음과 같다.
    • application/json: JSON 형식의 데이터
    • application/x-www-form-urlencoded: HTML의 form 태그
    • multipart/form-data: 이미지와 문자열처럼 두 종류 이상의 데이터 함께 전송할 때 사용하며 주로 파일 업로드에 사용된다.

# IP

  • Internet Protocol
  • 두 호스트 간 데이터를 주고 받는데 필요한 규약
  • OSI 7 layer의 세 번째 계층인 Network Layer에 해당한다.
  • IP 주소로 호스트를 구분한다.

# IP 주소

  • Internet Protocol 환경에서 각 호스트를 유일하게 구분하는 주소
  • IP v4와 IP v6 두 종류가 있다.

# IP v4

  • 32bit로 이루어진 주소
  • 8bit 단위로 끊어서 표현한다.
    • 00000000.00000000.00000000.00000000 ~ 11111111.11111111.11111111.11111111
  • 보통 10진수로 표현한다.
    • 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255
  • 약 43억 개()의 고유한 주소를 부여할 수 있다.
  • 네트워크 영역과 호스트 영역으로 구분된다.
  • IP 주소 할당 방식에는 크게 두 가지가 있다.
    • 네트워크 클래스
    • CIDR

# IP v6

  • 128 bit로 이루어진 주소
  • IP v4 주소의 부족으로 등장
  • 사설 네트워크의 등장으로 자주 사용되진 않는다.

# 네트워크 클래스

  • IP 주소 대역을 네트워크 규모에 따라 A, B, C, D, E 클래스로 나눈 IP 주소 할당 방식
클래스 대역폭 설명
클래스 A 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255 대규모 네트워크에서 사용되는 대역폭
클래스 B 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 중규모 네트워크에서 사용되는 대역폭
클래스 C 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 소규모 네트워크에서 사용되는 대역폭
클래스 D 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 멀티캐스트용 대역폭
클래스 E 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 연구개발용 대역폭

# 클래스 A

  • 대규모 네트워크에서 사용되는 대역폭
  • 첫 번째 비트가 0으로 시작한다.
  • 두 번째 비트에서 시작하여 8개의 비트는 네트워크 영역으로 사용한다.
  • 나머지 24비트는 호스트 영역으로 사용한다.
  • 즉 클래스 A는 (256)개의 네트워크를 가질 수 있고, 각 네트워크 당 (16,777,216)개의 호스트를 가질 수 있다.

# 클래스 B

  • 중규모 네트워크에서 사용되는 대역폭
  • 앞 두 개의 비트가 10으로 시작한다.
  • 세 번째 비트에서 시작하여 14개의 비트는 네트워크 영역으로 사용한다.
  • 나머지 16개는 호스트 영역으로 사용한다.
  • 즉 클래스 B는 (16,384)개의 네트워크를 가질 수 있고, 각 네트워크 당 (65,536)개의 호스트를 가질 수 있다.

# 클래스 C

  • 소규모 네트워크에서 사용되는 대역폭
  • 앞 세 개의 비트 110으로 시작한다.
  • 네 번째 비트에서 시작하여 21개의 비트는 네트워크 영역으로 사용한다.
  • 나머지 8개는 호스트 영역으로 사용한다.
  • 즉 클래스 C는 (2,097,152)개의 네트워크를 가질 수 있고, 각 네트워크 당 (256)개의 호스트를 가질 수 있다.

# 클래스 D

  • 멀티캐스트용 대역폭
  • 앞 네 개의 비트가 1110으로 시작한다.

# 클래스 E

  • 연구개발용 대역폭
  • 앞 네 개의 비트가 1111로 시작한다.

# 특수 범위

몇몇 주소들은 특별한 목적을 위해 예약되어있다. 예를 들어 논리적으로 클래스 C의 경우 하나의 네트워크 당 256개의 호스트를 가질 수 있다. 그러나 실제로는 다음 두 주소를 제외한 254개의 호스트를 가질 수 있다.

  • 네트워크 주소
  • 브로드캐스트 주소

대표적인 특수 범위의 주소는 다음과 같다.

대역폭 설명
127.0.0.1 루프백 주소(localhost)
0.0.0.0 네트워크 주소
255.255.255.255 브로드캐스트 주소
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 클래스 A의 사설망
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 클래스 B의 사설망
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 클래스 C의 사설망

# 서브넷 마스크

서브넷 마스크는 IP v4의 32bit 숫자 중 네트워크 영역을 1, 호스트 영역을 0으로 나타내는 것이다.

클래스 서브넷 마스크
클래스 A 255.0.0.0(10진수)
클래스 B 255.255.0.0(10진수)
클래스 C 255.255.255.0(10진수)

주소 192.168.123.7를 예제로 살펴보자. 이 주소를 이진수로 표현하면 다음과 같다.

이 IP는 클래스 C에 속하며, 클래스 C는 클래스를 구분하는 용도의 110을 포함하여 총 24 Bit를 클래스 영역으로 사용한다. 클래스 C의 서브넷 마스크를 표현하면 다음과 같다.

이 서브넷 마스크를 10진수로 표현하면 255.255.255.0이 된다.

# 네트워크 주소

IP 주소와 서브넷 마스크를 AND 연산으로 합치면 다음과 같다.

이 주소를 10진수로 변환하면 192.168.123.0이며, 이 주소를 해당 네트워크의 주소라고 한다.

# 브로드캐스트 주소

브로드캐스트는 같은 네트워크에 연결된 모든 호스트에게 데이터를 전송하는 것이다. 브로드캐스트 주소는 해당 네트워크의 마지막 IP 주소를 사용하며, 네트워크 주소에서 호스트 영역을 1로 채우면 된다.

이 주소를 10진수로 표현하면 192.168.123.255다.

# 왜 서브넷 마스크을 사용하는가?

서브넷 마스크를 왜 사용하는지 이해하려면 네트워크 장비인 라우터(Router)에 대해 알아야한다. 라우터는 서로 다른 두 네트워크를 연결한다.

  • 서로 다른 두 LAN을 연결
  • LAN과 외부 네트워크를 연결

한 네트워크에 연결된 호스트들은 네트워크 상태 등을 파악하기 위해 주기적으로 브로드캐스트 메시지를 보낸다. 이 때문에 네트워크에 호스트가 많아질수록 트래픽이 많아지고 대역폭을 낭비할 염려가 있다.

라우터에 특정 LAN에 대한 서브넷 마스크를 등록하면, 라우터는 특정 LAN에서 발생하는 브로드캐스트 메시지를 다른 네트워크로 전파되지 않도록 차단한다. 이 때문에 트래픽을 외부 네트워크로 유출하여 대역폭을 낭비할 가능성을 낮출 수 있다.

# 서브넷과 서브넷팅

클래스 C는 하나의 네트워크 당 254개의 호스트를 가질 수 있다. 만약 클래스 C의 네트워크에 30개의 호스트만이 존재한다면 나머지 224개는 낭비된다.

서브넷팅(Subneting)은 이러한 낭비를 방지하기 위해 하나의 네트워크를 여러 개의 작은 서브넷(Subnet)으로 나누는 기술을 의미한다. IP 주소에서 호스트 영역의 앞 부분도 네트워크 영역으로 사용하는 것이다.

서브넷 마스크를 1 bit 늘리면 네트워크 수는 2배 늘어나고, 네트워크 당 호스트의 수는 반으로 줄어든다.

# CIDR

CIDR(Classless Inter-Domain Routing)은 클래스 없이 IP 주소를 할당하는 방식으로 1993년부터 기존 네트워크 클래스 네트워크 + 서브네팅 방식을 대체했다. IP 대역을 클래스를 구분하지 않고 자유롭게 서브넷 마스크를 설정하여 서브넷팅 한다고 생각하면 된다.

<IP 주소>/<서브넷 마스크 비트수> 형태의 CIDR 표기법으로 주소를 표현하며, 기존 네트워크 클래스 방식보다 유연하게 IP 주소를 할당할 수 있다.

예제를 살펴보자. 192.168.1.3/24의 경우 서브넷 마스크가 24 bit임을 의미한다. 따라서 이 IP가 포함된 네트워크의 주소는 192.168.1.0이고 510()개의 호스트를 가질 수 있으며, 브로드캐스트 주소는 192.168.1.255가 된다.

# 공인 IP vs. 사설 IP

공인 IP는 Public Internet 망에서 유일한 IP주소다. 반면 사설 IP는 특정 네트워크, 예를 들면 LAN, Ethernet에서만 유일한 IP다. 보통 Public Internet과 LAN을 연결하는 라우터에서 공인 IP:포트번호과 사설 IP를 매핑한 테이블을 유지하며 NAT(Network Address Translation), RNAT 프로토콜을 이용하여 두 주소를 변환해준다.

# IP와 MAC Address

  • MAC 주소는 NIC(네트워크 인터페이스 카드)에 고유하게 할당되는 번호.
  • IP 주소가 네트워크 상 호스트를 구분하기 위한 주소라면 MAC 주소는 하드웨어를 식별하기 위한 주소다.
  • ARP(Address Resolution Protocol)과 RARP(Reverse ARP)를 사용하여 IP와 MAC address 사이의 변환을 한다.

# DNS

  • Domain Name Service
  • Domain Name을 IP 주소로 변환해주는 서비스
  • 보통 LAN 안에 DNS Server가 배치된다.

# DHCP

  • Dynamic Host Configuration Protocol
  • LAN(Ethernet) 환경에서 동적으로 사설 IP를 할당해주는 프로토콜

# 포트

한 호스트에서 프로세스를 구분하기 위한 포트번호

# 프록시 서버

# 포워드 프록시 서버

  • Client 쪽에 위치하는 프록시 서버
  • Client의 IP 주소를 감춰준다.
  • Server의 데이터를 캐싱한다.
  • Client가 정해진 사이트에만 접속할 수 있도록 제한할 수 있다.

# 리버스 프록시 서버

  • 로드밸런싱 (Nginx)
  • 무중단 배포
  • 서비스를 실제로 제공하는 WAS의 IP를 감출 수 있다.

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