[HTTP]인터넷 네트워크

요즘에는 모든 것들이 HTTP위에서 동작한다.

HTML, 이미지, 파일, 영상뿐만 아니라 앱과 서버가 통신을 할 때, 서버와 서버가 통신할 때도 HTTP 프로토콜 위에서 통신을 주고받는다.

그렇기 때문에 모바일 앱 개발자, 프론트엔드 개발자, 백엔드 개발자는 HTTP를 필수로 알고 사용할 줄 알아야 한다.

특히 백엔드 개발자는 스프링 웹 MVC, JSP, PHP 등 웹 기술들이나 웹 프레임워크를 사용하는데 이러한 기술들은

HTTP를 기반으로 구현이 되어있다.

그래서 HTTP를 제대로 이해하지 못한 상태에서 처음 웹 기술들을 공부를 하면 깊이 있게 원리를 이해하기 쉽지 않다.

해당 기술들은 이미 HTTP를 이해하고 있다 생각을 하고 설명을 하기 때문에 이해하기 어려운 것이다.

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인터넷 통신

내가 미국에 있는 친구에게 Hello, world!라는 메시지를 보내야 한다.

그럼 Hello, world!라는 메시지는 엄청 복잡한 인터넷 망을 통해서 미국에 있는 친구에게 메시지를 전송하게 된다.

그렇다면, 인터넷 망에서 어떠한 규칙과 어떠한 방법으로 통신을 하게 되는 걸까?

그걸 이해하기 위해서는 첫 번째로 IP(인터넷 프로토콜)을 이해해야 한다.

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IP(인터넷 프로토콜)

인터넷 통신을 하기 위해서는 메시지를 보내는 사람과 메시지를 받는 사람의 IP가 필요하다.

IP 인터넷 프로토콜 역할
→ 지정한 IP 주소(IP Address)에 데이터 전달
→ 패킷(Packet)이라는 통신 단위로 데이터 전달

그냥 전달하는 것이 아닌, IP 패킷의 형태로 서버에게 던지게 된다.

그럼 인터넷 망에 있는 노드들은 목적지인 IP주소를 찾아서 노드끼리 계속 던지게 된다.

그러다 목적지 IP주소에 도달을 하게 되면 메시지를 받게 되는 원리이다.

그렇게 출발 IP와 목적 IP가 있고 전달할 내용을 서버에 던지게 되면, 노드들을 거쳐서 내용을 받게 되는 것이다.

하지만, 이러한 IP 프로토콜에는 한계가 존재한다.

IP 프로토콜의 한계

비연결성
→ 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도 패킷 전송
비신뢰성
→ 중간에 패킷이 사라지는 경우
→ 패킷이 순서대로 안 올 경우
프로그램 구분
→ 같은 IP를 사용하는 서버에서 통신하는 애플리케이션이 둘 이상일 경우

비연결성은 대상 서버가 패킷을 받을 수 있는 상태인지 몰라도 패킷을 전송하는 경우이다.

비신뢰성의 중간에 패킷이 사라지는 경우는 목적 IP에게 패킷이 도달하기 위해서는 노드들을 거쳐야 한다.

근데 그 노드들 중 하나가 갑자기 종료가 되어버리거나 문제가 생기면 패킷도 함께 소실된다.

또한 패킷이 순서대로 오지 않는 경우에는 Hello라는 메시지와 world!라는 메시지를 따로 전송을 할 때,

hello패킷과 world! 패킷이 다른 노드를 타는 경우이다.

hello패킷은 돌아서 노드를 탔지만 world! 패킷은 더 빠른 노드를 타서

더 빨리 목적 IP에 도착할 경우, 상대방은 world! hello를 받게 되는 것이다.

IP 프로토콜 만으로는 이러한 문제들을 해결할 수 없다.

이러한 문제들을 해결해주는 것이 TCP이다.

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TCP

위에서 언급한 IP프로토콜의 문제점들을 TCP가 해결을 해준다.

UDP는 해결을 해주진 않지만, 도움이 되는 부분이 있다.

이렇게 전송할 데이터에 TCP 세그먼트로 다양한 정보를 담고 그 위에 IP 패킷으로 IP 정보를 담아서 전송을 한다.

이렇게 추가적인 정보를 담기 때문에 위에서 일어나는 문제들을 해결할 수 있다.

TCP 특징
전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol)

→ 연결 지향 - TCP 3 way handhake (가상 연결)
→ 데이터 전달 보증
→ 순서 보장

→ 신뢰할 수 있는 프로토콜
→ 현재는 대부분 TCP 사용

TCP특징의 3가지는 연결 지향, 데이터 전달 보증, 순서 보장이 있다.

연결 지향은 상대방이랑 사용자가 연결이 됐는지 먼저 확인을 하고 전송을 한다.

TCP 3 way handshake의 구조는 다음과 같다.

클라이언트가 서버에게 SYN(접속 요청)을 보낸다. 그럼 서버는 클라이언트에게 SYN+ACK(요청 수락)을 보낸다.

그럼 클라이언트는 다시 서버 에게 ACK를 보낸다.

이렇게 클라이언트와 서버가 서로에게 요청을 보내고 수락을 하면 데이터 전송이 가능해지는 원리이다.

요즘에는 최적화가 되어서 클라이언트에서 ACK를 보낼 때 데이터를 같이 전송을 하기도 한다.

데이터 전달 보증은 사용자가 상대방에게 메시지를 보냈는데 누락이 된다면 사용자는 누락이 됐다는 걸 확인할 수 있다.

순서 정보 같은 경우는 패킷1,패킷2,패킷3을 서버에 전송했는데 서버에서 패킷1,패킷3,패킷2 이렇게 데이터를 받았다면,

서버에서는 클라이언트에게 패킷2부터 다시 재전송하라고 한다.

이러한 기능이 가능한 이유는 TCP에는 다양한 정보를 담고 있으며 그중 순서 정보도 담겨있기 때문이다.

UDP 특징
사용자 데이터그램 프로토콜(User Datagram Protocol)

→ 하얀 도화지에 비유(기능이 거의 없음)
→ 연결 지향 - TCP 3 way handshake X
→ 데이터 전달 보증 X
→ 순서 보장 X
→ 데이터 전달 및 순서가 보장되지 않지만, 단순하고 빠르다.

→ 정리
  → IP와 거의 같다. +PORT +체크섬 정도만 추가
  → 애플리케이션에서 추가 작업이 필요하다.

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PORT

IP는 목적지 서버를 찾는 거라면 PORT는 목적지 애플리케이션을 찾는것이다.

예를 들어, 내가 지금 친구랑 게임도 하고 화상통화를 하는데 웹 브라우저에서 요청이 온다면

IP 프로토콜은 서버와 클라이언트만을 연결하기 때문에 다양한 패킷이 충돌이 일어난다.

하지만 TCP에는 PORT정보가 담겨있기 때문에, 게임은 8090포트, 화상통화는 21000포트, 웹 브라우저는 10010포트

이런 식으로 각 애플리케이션마다 고유한 포트번호가 있어서 각각 응답을 할 수 있다.

이렇게 내가 살고 있는 아파트가 IP라면, 동과 호수는 PORT라고 볼 수 있다.

· 0 ~ 65535 할당 가능
· 0 ~ 1023 잘 알려진 포트, 사용하지 않는 것이 좋다.
   · FTP - 20, 21
   · TELNET - 23
   · HTTP - 80
   · HTTPS - 443

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DNS

서버랑 통신 중 서버의 IP가 변경이 된다면 문제가 생길 것이다.

이렇게 IP가 변경되는 원인은 다양한 것이 있기 때문에 DNS(Domain Name System)이 존재한다.

DNS는 일종의 전화번호부 서버라고 생각할 수 있다.

우리가 google.com을 입력하면 goolge페이지로 들어가는 것도 DNS 때문이다.

각 IP마다 도메인을 구입해서 DNS에 올리면 도메인 명만 입력을 해도 그 도메인에 해당하는 IP로 접속이 가능하다.

이렇게 DNS를 사용하면 IP의 기억하기 어려움과, IP가 변경되는 문제점을 해결할 수 있다.

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URI(Uniform Resource Identifier)

URI 단어 뜻

Uniform : 리소스 식별하는 통일된 방식
Resource : 자원, URI로 식별할 수 있는 모든 것(제한 없음)
Identifier : 다른 항목과 구분하는데 필요한 정보

URL : Uniform Resource Locator
URN : Uniform Resource Name

URL,URN 단어 뜻

URL - Locator : 리소스가 있는 위치를 지정
URN - Name : 리소스에 이름을 부여
위치는 변할 수 있지만, 이름은 변하지 않는다.

URN은 이름만으로 실제 리소스를 찾을 수 있는 방법이 보편화되지 않았다. ( 거의 사용하지 않는다. )
그렇기 때문에 대부분의 URI는 URL과 거의 같은 의미로 해석이 될 수 있다. ( URI는 URL과 URN을 포함하기 때문)

URL 전체 문법

· scheme://[userinfo@]host[:port][/path][?query][#fragment]
· https://www.google.com:443/search?q=hello&hI=ko

프토코콜(https)
호스트명(www.google.com)
포트 번호(443)
패스(/search)
쿼리 파라미터(q=hello&hI=ko)

URL scheme

→ 주로 프로토콜 사용
→ 프로토콜 : 어떤 방식으로 자원에 접근할 것인가 하는 약속 규칙
   예) http, https, ftp 등...
→ http는 80 포트, https는 443 포트를 주로 사용, 포트는 생략 가능
→ https는 http에 보안이 추가된 것 (HTTP Secure)

URL userinfo

→ URL에 사용자정보를 포함해서 인증
→ 거의 사용하지 않는다.

URL host

→ 호스트명
→ 도메인명 또는 IP 주소를 직접 사용 가능

URL PORT

→ 포트(PORT)
→ 접속 포트
→ 일반적으로 생략, 생략시 http는 80, https는 443

URL path

→ 리소스 경로(path), 계층적 구조

URL query

→ key=value 형태
→ ?로 시작, &로 추가 가능 ?keyA=valueA&keyB=valueB
→ query parameter,query string 등으로 불림, 웹서버에 제공하는 파라미터, 문자 형태

URL fragment

→ fragment
→ html 내부 북마크 등에 사용
→ 서버에 전송하는 정보 아님

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웹 브라우저 요청 흐름

웹 브라우저에서 https://www.google.com/search?q=hello&hl=ko 페이지로 접속을 할때, 요청 흐름은 다음과 같다.

먼저 웹 브라우저에서 www.google.com의 DNS를 조회하게 된다.  

그리고 HTTP 요청 메시지를 작성하게 된다.

HTTP의 요청 메시지는 간략하게 다음과 같다.

GET/search?q=hello&hl=ko HTTP/1.1
Host:www.google.com

이렇게 path부터 query정보와 host정보가 들어간다.

그렇게 웹 브라우저가 HTTP 메시지를 생성하고,

SOCKET 라이브러리를 통해서 전달을 하게 된다.

그럼 OS에서 TCP/IP 패킷으로 HTTP 정보를 담아서 인터넷을 통해 구글 서버로 전송하게 된다.

그럼 구글 서버에서는 HTTP정보를 확인 후, q=hello&hl=ko정보에 맞게 html파일을 TCP/IP패킷에 담아서 보내게 된다.

해당 HTTP 응답 메시지는 간략하게 다음과 같다.

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html;charset=UTF-8
Content-Length:3423

<html>
  <body>...<body>
</html>

그럼 웹 브라우저에서 전송받은 패킷을 열어서 html파일을 랜더링을 하게되고 사용자는 html파일을 보게된다.

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출처: [인프런]모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식