개발야옹

🌐 2장. 네트워크를 실현하는 기술

2.1 TCP/IP의 기본

2.1.1. TCP/IP

TCP/IP는 인터넷 프로토콜 스위트라고도 하며, 다른 컴퓨터 벤더나 운영 체제, 서로 다른 회선끼리 통신할 수 있게 하는 통신 프로토콜 세트이다. 인터넷 여명기에 정의되어 현재까지 표준으로 사용하는 TCP(Transmission Control Protocol)와 IP(Internet Protocol)를 따서 TCP/IP라고 한다.

즉, TCP/IP는 TCP와 IP만 가리키는 것이 아니라, 수많은 인터넷 통신 프로토콜 세트를 의미한다. TCP와 IP이외에도 UDP나 ICMP 등 다른 프로토콜도 TCP/IP에 포함된다.

예전에는 TCP/IP 이외에도 다양한 프로토콜이 있었지만, 현재는 대부분 TCP/IP를 사용한다.

TCP/IP 에서 다루는 범위는 역할에 따라 4개의 계층으로 나뉘며, 이를 TCP/IP 4계층 모델이라고 한다. 데이터 송수신에 필요한 작업을 각 층에서 분담해서 처리하는 이미지이다. 데이터 송수신에 필요한 작업을 각 층에서 분담해서 처리하는 이미지이다. TCP/IP에 포함된 프로토콜을 계층별로 나누면 아래와 같다.

• 응용계층 - HTTP, DNS 등 - 애플리케이션에 맞추어서 통신한다.
• 전송계층 - TCP, UDP - IP와 애플리케이션을 중개해서 송신된 데이터를 확실하게 전달한다.
• 인터넷 계층 - IP, ICMP, ARP 등 - 네트워크 주소를 기반으로 수신 측 컴퓨터까지 데이터를 전송한다.
• 네트워크 접근 계층 - 이더넷, 무선 랜(Wi-Fi) 등 - 컴퓨터를 물리적으로 네트워크에 연결해서 기기 간에 전송할 수 있게 한다.

2.1.2. OSI 참조 모델

또 하나 알아 둘 프로토콜 계층 모델은 OSI 참조 모델(Oepn System Interconnection reference model)이다. 이것은 TCP/IP 4계층 모델처럼 컴퓨터가 가져야만 하는 통신 기능을 계층 구조로 나눈 모델이자 벤더 간에 상호 통신할 수 있는 네트워크 모델로, 통일 규격이다. 

OSI 참조 모델은 통신 프로토콜을 7개의 계층으로 나누어 정의한다.

• 응용계층 - HTTP, DNS 등
• 표현계층 - HTTP, DNS 등
• 세션계층 - HTTP, DNS 등
• 전송계층 - TCP, UDP
• 네트워크계층 - IP
• 데이터링크 계층 - 이더넷
• 물리 계층 - 이더넷

OSI 참조 모델의 각 층을 실제 네트워크 세계와 연결하면 이더넷이 물리 계층과 데이터 링크 계층에 해당한다. TCP/IP의 IP는 네트워크 계층, TCP, UDP는 전송 계층에 해당하ㅗ, 컴퓨터상에서 움직이는 프로그램은 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층에 걸치듯이 존재한다.

앞서 말한 TCP/IP 4계층 모델은 OSI 참조 모델과 별개로 만들어졌으며, 완벽하게 대칭은 아니다.

OSI 참조 모델에서 '층' 이라는 요소가 네트워크 세계에서 실제로 어떻게 사용되는지 알아보자.

예를 들어 1장에서 소개한 스위치(네트워크 스위치)를 예로 들어 설명하겠다.

스위치는 랜 케이블을 모으는 장치로, 조건에 맞게 통신을 중계한다. 어떤 계층의 정보를 바탕으로 중계하느냐에 따라 명칭이 달라진다. 이더넷 범위에서 처리하는 것은 L2 스위치, 라우팅이 가능한 것은 L3 스위치라고 한다.

마찬가지로 TCP로 분배할 수 있는 것은 L4 스위치, 응용 프로그램 레벨에서 배분할 수 있는 것은 L7 스위치라고 한다.

L2 스위치, L3 스위피, L4스위치, L7 스위치는 각자 기능에 따라 분류된 네트워크 장비이다.

2.1.3. 주소

통신에서 주소(address) 란 '통신 상대를 특정하는 식별 정보'이다. 주소가 있기에 비로소 원하는 상대방과 통신할 수 있다.

IP 주소

IP 주소는 TCP/IP에서 컴퓨터를 식별하려고 할당되는 번호이다. xxx.xxx.xxx.xxx 형식으로 표기쇤 숫자를 본 적 있을 것이다. 컴퓨터나 휴대전화, 태블릿 등은 물론이고 서버, 라우터, 스위치 등 네트워크 장비에도 각각 IP 주소가 할당된다.

덧붙여 IP 주소에는 프라이빗 IP 주소와 글로벌 IP주소가 있다. 랜 내부에서 사용되는 것이 프라이빗 IP 주소, 인터넷에서 사용되는 것이 글로벌 IP 주소이다.

MAC 주소

IP 주소만 있다고 컴퓨터끼리 통신할 수 있는 것이 아니다. 컴퓨터나 라우터 등 네트워크 기기에 처음부터 할당된 번호인 MAC 주소를 IP 주소와 조합해야 비로소 컴퓨터끼리 통신할 수 있다.

이더넷에서는 하드웨어끼리 통신 상대를 특정하고자 MAC 주소를 사용하고, TCP/IP에서는 통신 상대를 특정하고자 IP주소를 사용하기 때문이다.

주소를 이용한 통신 흐름과 ARP

같은 네트워크에 속한 컴퓨터끼리 통신할 때는 우선 IP 패킷을 보내고 싶은 상대의 MAC 주소를 조사하고, 그 MAC 주소로 패킷을 보내는 흐름이 된다.

IP 패킷을 보내고 싶은 상대의 MAC 주소를 조사할 때 이용하는 것이 ARP(Address Resolution Protocol) 이다. ARP란 IP주소에 대응하는 MAC 주소를 알아내려고 네트워크 전체에 패킷을 보내면(ARP Request), 자신을 찾는 것을 안 컴퓨터가 응답(ARP reply)함으로써 MAC 주소와 IP주소를 연결하여 통신할 수 있게 하는 일련의 시스템을 의미한다.

ARP 요청처럼 '네트워크 전체에 패킷을 보내는 것'을 브로드캐스트라고 한다. 브로드캐스트는 각 발신자가 그룹의 모든 수신자에게 메시지를 전송하는 통신 방법이다.

반면에 다른 네트워크에 속한 컴퓨터와 통신하면 네트워크 사이에 라우터 또는 L3 스위치가 끼어든다.

자신과 다른 네트워크의 IP 주소와 통신할 때 컴퓨터는 미리 지정된 기본 게이트웨이라는 IP 주소로 통신을 보낸다. 기본 게이트웨이는 다른 네트워크로 데이터를 전송하는 방법을 알고 있으며 일반적으로 라우터가 그 역할을 수행한다.

이때 ARP를 사용해서 조사하는 것은 목적지(다른 네트워크)의 IP 주소에 대응하는 MAC 주소가 아니라 기본 게이트웨이에 대응하는 MAC 주소이다.

IPv4와 IPv6

현재 사용되는 IP 주소는 IPv4(IP version 4)와 IPv6(IP version 6)로 두 종류가 있다.
IPv4는 예정부터 사용되었고, 지금도 메인으로 사용된다. 인터넷이 보급되면서 IPv4 주소가 부족해졌고, 이 문제를 극복하고자 새롭게 도입된 것이 IPv6이다. 하지만 IPv6가 등장하고 수년이 지났음에도 아직도 메인으로 사용하고 있지 않다.
가장 큰 이유는 IPv4 주소가 아직도 여전히 쓸 만하다는 데 있다. '쉽게 손에 넣을 수 있는 상황'이 바뀌지 않는 한 현재 상태에도 큰 변화가 없을 것이다.

2.1.4. 패킷

통신할 때 데이터를 교환하는 방법에는 회선 교환과 패킷 교환 두 종류가 있다. 데이터를 보내고 받는 모습을 교환이라고 상상하면 이해하기 더 쉽다.

회선교환이란 전화에 가까운 이미지로 데이터를 교환하는 동안 계속해서 회선을 점유하는 방식을 의미한다. 전화는 기본적으로 일대일로 주고받는 것이고, 통화하는 동안에는 다른 상대와 전화할 수 없다. 그러나 컴퓨터 네트워크에서는 여러 상대와 동시에 데이터를 주고받는 경우가 있어 이런 방식은 효율적이지 않다. 

그래서 생겨난 방식이 패킷 교환 이다. 패킷 교환은 주고받는 데이터를 '패킷'이라고 하는 작은 덩어리로 나누고, 회선을 공용해서 복수의 통신을 내보내는 방식이다. 패킷에는 실제로 소포의 운송장퍼럼 화물 이외에도 받는 곳이나 보낸 곳 등의 정보가 부가된다. 운송장에 해당하는 것을 헤더, 화물에 해당하는 것(작게 나눈 데이터)을 페이로드라고한다. 헤더에는 받는 곳이나 보내는 곳 이외에 소분한 데이터 순서 등도 기록된다. 이렇게 함으로써 데이터를 작게 분할하여 전송하더라도 도착한 곳에서 원래대로 복원할 수 있다.

2.2. IP 주소 구조

2.2.1. IP 주소 분석

새 집에 이사왔을 때 인터넷 회선을 설치하고 가정용 라우터(공유기)를 사서 컴퓨터를 연결한다. 컴퓨터를 라우터에 연결하자마자 인터넷을 사용할 수 있다. 컴퓨터가 출하되었을 때는 MAC 주소만 있고 IP주소는 없는 상태이다. 컴퓨터를 라우터에 연결해야 비로소 라우터에서 IP주소를 받아온다.

이렇게 라우터에서 IP 주소를 자동으로 할당받는 기술을 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)라고 한다.

DHCP에서는 네 단계 흐름에 따라 통신하여 네트워크 설정을 가져온다.

• DHCP Discover: DHCP 클라이언트가 DHCP 서버를 찾고자 네트워크에 통신을 하는 것
• DHCP Offer: DHCP 서버가 DHCP 클라이언트에 설정을 제안하는 통신을 하는 것
• DHCP Request: DHCP 클라이언트가 DHCP 서버에 제안된 설정의 세부사항을 요청하는 통신을 하는 것
• DHCK ACK: DHCP 서버가 DHCP 클라이언트에 설정의 세부 사항을 지정하는 통신을 하는 것

그림넣기

일반적으로 회사에서 인터넷(네트워크)을 사용할 수 있게 하는 것은 정보 시스템 부서 사람들이다. 또 서버가 네트워크에 연결되도록 준비하는 사람을 네트워크 엔지니어라고 한다. 최근에는 네트워크 엔지니어와 서버 엔지니어를 한꺼번에 인프라 엔지니어라고도 부른다.

SRE(Stie Reliability Engineering)라고 소프트웨어 엔지니어가 시스템 운용을 설계하는 방식이 퍼지기도 해서, 소프트웨어 엔지니어가 인프라를 담당하는 사례도 있다. 

네트워크 엔지니어는 회사의 각 거점끼리 통신할 수 있도록 IP주소를 할당한다. IP주소는 원래 처음부터 할당된 것이 아니고, 네트워크를 설계해서 구현하는 것이다. 최근에는 클라우드를 활용하여 프로그래머가 시스템을 구축할 수도 있게 되었다. 이때 필요한 것이 바로 네트워크 기초 지식이다.

서브넷 마스크

IPv4 주소는 xxx.xxx.xxx.xxx 형식으로 표기한다. 인간이 보기 쉽게 10진수로 표기하지만, 그 실체는 8자리 2진수 4개이다. 또 IP주소는 네트워크부와 호스트부로 나뉜다. 네트워크부는 어떤 네트워크를 나타내는 정보이며, 호스트부는 그 네트워크 안의 컴퓨터를 특정하는 정보이다. 이 두부분으로 IP주소가 구성된다.

IPv4 주소에서 네트워크부가 어디부터 어디까지인지 나타내는 것이 넷마스크(서브넷 마스크)이다. 넷마스크와 서브넷 마스크는 엄밀하게는 의미가 조금 다르다. 그러나 현장에서는 거의 구별 없이 동일하게 사용한다. 

이 장에서 지금부터 등장하는 주소는 다음 네 가지이다. 

• IP주소: 192.168.1.1
• 서브넷 마스크: 255.255.255.0
• 네트워크 주소: 192.168.1.0
• 브로드캐스트 주소: 192.168.1.255

서브넷 마스크의 255.255.255.0을 2진수로 나타내면 11111111.11111111.11111111.00000000 이다. 이 경우 2진수로 나타낸 서브넷 마스크에서 1 부분은 네트워크부, 0 부분은 호스트부가 된다.

서브넷 마스크를 다시 10진수로 치환하면 255.255.255가 네트워크부이고, 끝에 0이 호스브투에 해당한다. 8자리의 2진수 덩어리를 옥텟이라고 하는데, IPv4주소는 옥텟 4개로 되어 있다. 각각을 1옥텟, 2옥텟, 3옥텟, 4옥텟이라고 한다.

이 경우에는 1옥텟에서 3옥텟까지 네트워크부, 4옥텟은 호스트부라고 할 수 있다.

2.2.2. IP주소의 할당과 관리

IP주소는 처음부터 있는 것이 아니라 따로 할당해서 사용한다. 호스트부를 바꾸어 '1은 컴퓨터, 2는 서버, 3은 프린터...' 식으로 IP주소를 할당한다.

호스트부는 2진수 8자리이므로 10진수로 말하면 0~255의 네트워크 호스트부로 사용할 수 있다고 생각할지도 모른다. 하지만 실제로는 할당할 수 없는 숫자가 있다. 

그것은 바로 호스트부의 시작 숫자(0)와 마지막 숫자(255)이다. 호스트부가 모두 0으로 된 것을 네트워크 주소라고 하며, 그 네트워크 자체를 나타낸다.

한편 호스트부를 모두 1로 한 것은 브로드캐스트 주소이며, 로컬 네트워크 전체에 통신을 보낼 때 사용한다. 앞서 소개한 ARP는 브로드캐스트 주소를 사용하여 네트워크 전체에 통신을 보낸다.

즉 호스트부의 처음 1개와 마지막 1개 주소는 컴퓨터 등 기기에 할당할 수 없다. IP주소로 사용자가 사용할 수 있는 IP주소 개수는 256에서 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소 2개를 뺀 254개이다.

실제로 라우터 등 네트워크 기기에도 IP주소가 필요하므로 컴퓨터나 프린터 등 기기에 할당할 수 있는 IP주소는 더 줄어든다.

네트워크에 접속하는 기기가 많아지면 IP주소를 별도로 관리해야 한다. 자주 사용되는 고전적인 방식은 마이크로소프트의 엑셀처럼 표 계산 소프트웨어를 이용하여 표 형식으로 관리하는 방식이다. 또 표 형식이 아닌 웹 애플리케이션으로 IP 주소 정보를 관리하거나 네트워크에서 자동으로 IP주소 이용 상황 등을 조사하고 관리하는 툴도 있다. (IPAM)

클래스 및 가변 길이 서브넷 마스크

IP주소는 네트워크부 길이에 따라 클래스가 나뉩니다. 주요 클래스는 아래와 같은 A, B, C 세 가지 유형이다.

• 클래스 A(/8) 11111111 00000000 00000000 00000000
• 클래스 B(/16) 11111111 11111111 00000000 00000000
• 클래스 C(/24) 11111111 11111111 11111111 00000000

그러나 서브넷 마스크가 반드시 클래스를 따라야 하는 것은 아니다. 클래스의 서브넷 마스크 길이를 변경하여 네트워크 크기를 바꾼 것을 가변 길이 서브넷 마스크라고 한다.

예를 들어 회사 네트워크 관리자가 되었다고 가정했을 때, 사내 랜을 구축할 경우 192.168.0.0/24인 네트워크 세그먼트 4를 랜에 할당했다. 이후 회사가 성장하면서 직원 수가 늘어나고 컴퓨터 대수가 증가했으면, 휴대전화나 태블릿 등으로 와이파이를 통해 랜에 접속하는 등 IP 주소가 모자라기 시작한다. 그래서 최소한으로 작업할 수 있는 IP 주소를 늘리는 방법으로 서브넷 마스크를 변경해보기로 한다.

네트워크 192.168.0.0의 서브넷 마스크를 255.255.255.0에서 255.255.254.0으로 변경했다. 호스트부가 넓어져 그만큼 할당할 수 있는 IP 주소도 늘어났다. 호스트부가 너무 크면 ARP등으로 브로드캐스트 통신량이 증가하므로 필요한 만큼 적절한 크기로 설정해야 한다.

2.2.3. 데이터가 바르게 전송되는 메커니즘

다른 네트워크에 속한 컴퓨터와 통신할 때 일어나는 메커니즘.

• 네트워크 A에 속한 컴퓨터 A
• 네트워크 B에 속한 컴퓨터 B
• 네트워크 C에 속한 컴퓨터 C

이렇게 3대의 컴퓨터가 있다고 가정한다. 컴퓨터 A에서 컴퓨터 B와 컴퓨터 C로 통신할 때는 어떻게 동작할까? 

컴퓨터 A에서 컴퓨터 B로 통신할 때의 흐름을 살펴보자.

컴퓨터 A는 컴퓨터 B에 데이터를 보내고 싶지만, 서로 다른 네트워크에 속해 있기 때문에 직접적으로 데이터를 보낼 수 없다. 그래서 라우터라는 네트워크 기기가 개입하게 된다.

컴퓨터 A가 컴퓨터 B에 데이터를 보낼 때 어떤 라우터로 보내야 할지 모르는 경우, 컴퓨터 A는 기본게이트웨이라고 하는 라우터로 데이터를 송신한다. 기본 게이트웨이란 '규정 수신처'를 의미하며, 전송할 라우터가 정해져 있지 않은 경우에는 반드시 이곳으로 보낸다고 규칙으로 정해 놓았다.

컴퓨터 A의 기본 게이트웨이는 라우터(1)이라고 가정하면, 네트워크 A와 네트워크 B에 모두 소속되어 있으므로 컴퓨터A로부터 통신을 컴퓨터 B로 전송할 수 있다. 라우터가 수행하는 작업을 라우팅이라고 한다.

이번에는 컴퓨터 A에서 컴퓨터 C로 통신할 때 움직임을 살펴보자. 이때 컴퓨터 A는 네트워크 C(컴퓨터 C)로 데이터를 보낼 때 라우터 (2)로 보낸다는 것을 알고 있다. 그 정보는 라우팅 테이블이라는 것에 기록되어 있다.

라우팅 테이블에는 네트워크로의 통신을 어느 라우터로 전달해야 하는지 기록되어 있다. 라우팅 테이블에 따라 기본 게이트웨이로 보내거나 직접 대상 라우터로 보낼 수 있는 구조로 되어 있다.

컴퓨터 A는 라우터 (2)에 데이터를 전송하고, 라우터 (2)는 컴퓨터 C에 데이터를 전송한다.

라우터에서 라우터로 전송

라우터도 자신이 속해 있지 않거나 보낼 곳을 모르는 네트워크와 통신해야 할 상황에 놓일 수 있다. 라우터에도 기본 게이트웨이(라우터의 경우는 기본 라우트라고 부르지만, 거의 의미가 같음)가 있다. 기본 라우터로 통신을 전송하면 기본 라우터가 다시 전송처를 찾는 방식으로 버킷 릴레이를 반복하여 네트워크가 성립된다.

내 PC IP주소와, MAC주소 확인하기

1. Windows

- ipconfig /all

2. MacOS

- ifconfig

2.3. 네트워크 프로토콜

2.3.1. 네트워크 계층

L2 스위치

MAC 주소에 따라 데이터를 전송하는 것이 L2 스위치이다. L2 스위치가 등장하기 전에는 리피터라는 장치가 기기와 기기의 접속을 담당했다. 그러나 리피터는 모든 포트에 같은 데이터를 보내고 목적지와 일치하는 컴퓨터가 데이터를 받는 방식으로 동작하기 때문에 쓸데없는 데이터를 많이 전송한다. L2 스위치는 목적지의 MAC주소를 기억하므로 해당 포트에만 데이터를 보낼 수 있어 더욱 효율적으로 통신할 수 있다.

L3 스위치(와 라우터)

L3 스위치(와 라우터)는 L2 스위치에 다른 네트워크를 연결하는 기능이 추가되었다. 라우터에도 다른 네트워크를 연결하는 기능이 있어 그 점에서는 L3스위치와 라우터를 같다고 할 수도 있지만, 세세한 부분에서 차이가 있다.

L3스위치는 포트가 많다는 특징이 있다. 포트란 랜 케이블을 꽂는 구멍을 의미하며, L2 스위치에서 발전한 L3 스위치는 기기와 기기를 접속하는 역할도 담당하기에 일반적으로 라우터보다 많은 포트를 탑재하고 있다.

라우터의 특징

1. 다양한 회선을 수용할 수 있다.
   • 라우터는 전화회선이나 이더넷, 광 회선 등 다양한 회선을 수용할 수 있다.
2. L3스위치보다 보안 측면에서 강하는 점이 있다.
   • L3스위치도 허용할 통신과 차단할 통신을 설정하는 패킷 필터 기능이 있지만, 송수신의 일관성 검사나 위조 방지 같은 패킷 체크 기능은 라우터가 더 뛰어 나다.

L4 스위치, L7 스위치

L4스위치, L7스위치는 로드 밸런서라고도 한다. 로드 밸런싱은 시스템에 대한 요청을 여러 서버에 분산해서 통신량의 균형을 조절하는 기술이다. L4 스위치는 TCP 헤더 등 프로토콜 헤더의 내용을 해석하고 지정된 알고리즘에 근거하여 데이터를 분산해서 전송한다. 주요 배분 방식으로는 라운드 로빈(round robin)과 최소 연결(least connection)이 있다. 라운드 로빈은 분산처 A, B, C에 A->B->C->A-> ... 처럼 순서대로 할당하는 방식이다. 최소 연결은 분산처 A,B,C 중 가장 커넥션이 적은 곳(처리 여유가 있는 곳)으로 데이터를 분산하는 기술로, 각 분산처의 부하를 평준화하는 방식이다.

L7 스위치는 거기에 더해 응용 계층의 내용까지 분석하여 데이터를 분산해서 전송한다. 특정 사용자와 서버의 연결을 유지하는 기능은 L7스위치가 실현한다. 시스템에 따라서는 복수의 서버가 준비되어 있는데, 특정 사용자와 통신을 일정 기간 계속 유지할 필요가 있을 때가 있다. 

예를 들어 웹 사이트에서 쇼핑할 때 등이 있다. 이 경우 다른 서버에 연결되어 불일치가 발생하지 않도록 하는 것이 L7 스위치의 역할 중 하나이다.

2.3.2. TCP와 UDP

TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)는 IP의 상위인 OSI 참조 모델 4계층에서 동작하는 프로토콜로, 3계층에서 동작하는 IP와 5~7계층에서 동작하는 애플리케이션(HTTP 등)을 중개한다.

TCP와 UDP는 중개하는 역할은 같지만, 각각 다른 특성이 있다. TCP에는 신뢰할 수 있는 통신을 실현하는 기능이 구현되어 있고, UDP에는 신뢰성 확보를 위한 기능이 없는 대신 TCP보다 처리가 빠르다. 

데이터의 일관성이 중요한 애플리케이션은 TCP로, 고속성이나 실시간성을 요구하는 애플리케이션은 UDP로 구분해서 사용한다.

포트 번호

TCP/UDP 모두 포트 번호가 있다. 포트 번호는 통신하는 대상 컴퓨터의 애플리케이션을 특정하는 번호이다.

예를 들어 한 서버에서 웹 서버와 메일 서버를 동시에 실행 중이라고 한다면, 이 경우 IP 주소만으로는 웹 서버로 가는 통신인지 메일 서버로 가는 통신인지 판별할 수 없다. 그래서 목적지 포트 번호를 이용해서 판별하는 것이다.

포트 번호로는 0~65535의 숫자가 사용되며, 세 종류로 분류된다.

잘 알려진 포트 번호(0~1023) 중 자주 사용되는 것을 아래 정리했다.

일반적으로는 잘 알려진 포트 번호를 사용한다. 그러나 서버 측에서 다른 번호를 설정하여 사용할 수도 있다. 보안성의 이유 등으로 SSH 포트 번호를 잘 알려진 포트 번호 22에서 다른 번호로 변경하는 것을 자주 볼 수 있다.

SSH는 네트워크를 통해 서버에 로그인하여 명령어를 실행할 수 있는 편리한 프로토콜이지만, 서버를 탈취할 수도 있기 때문에 종종 공격 대상이 된다. 그래서 공격받을 가능성을 줄이고, 이 서버가 보안 대책이 끝난 것을 과시하기 위해서라도 포트 번호를 22번에서 다른 번호로 변경한다.

동적 포트 번호는 출발지 접속 포트 번호로 이용된다. 예를 들어 컴퓨터에서 웹 브라우저를 2개 실행하여 같은 웹 사이트를 열 때, 출발지 포트 식별 기능이 없으면 올바르게 통신할 수 없다. 이 경우 웹 브라우저 A의 HTTP 접속과 웹 브라우저 B의 HTTP 접속에 각각 다른 출발ㅈ 포트 번호를 할당하여 구별할 수 있다.

2.3.3. ICMP

ICMP(Internet Control Message Protocol)는 TCP/IP가 구현된 컴퓨터 및 네트워크 기기 사이에서 통신 상태를 확인할 때 이용하는 프로토콜이다. OSI 참조 모델 3계층에서 동작하는 프로토콜이며, 계층은 IP와 동일하지만 IP 위에서 동작하는 프로토콜이다. 연결확인 등에 이용되는 ping이나 tracert 명령어 등이 ICMP 프로토콜을 사용하는 프로그램이다.

2.3.4. NAT

NAT(Network Address Translation)는 IP주소를 변환하는 기술이다. 

IP주소에는 프라이빗 IP와 글로벌 IP가 있다. 그중 랜 내에서 사용되는 것이 프라이빗 IP주소이고, 인터넷에서 사용된느 것이 글로벌 IP 주소이다.

여기에서 프라이빗 IP 주소를 가진 컴퓨터로 인터넷상의 글로벌 IP 주소를 가진 서버에 접속한다고 가정한다. 이때 프라이빗 IP 주소인 채로는 인터넷상에서 라우팅할 수 없다. 라우터가 프라이빗 IP 주소를 글로벌 IP 주소로 변환해주어야만 데이터를 전송할 수 있다. 이 기술이 NAT이다.

2.3.5. 프라이빗 IP 주소에 사용할 수 있는 IP 주소

프라이빗 IP주소로 사용할 수 있는 IP 주소는 세 가지 클래스로 정해져 있다. 이런 주소는 글로벌 IP 주소로 사용되지 않으며, 랜 내에서만 사용된다.

• 클래스 A - 10.0.0.0/8
• 클래스 B - 172.16.0.0/12
• 클래스 C - 192.168.0.0/16

클래스 B 프라이빗 IP 주소와 클래스 C 프라이빗 IP 주소는 각 클래스의 서브넷 마스크의 비트 길이보다 짧고 더 큰 네트워크로 할당되어 있지만, 이용할 때는 이 범위에서 다시 /16 이나 /24로 분할한다. 물론 가변 길이 서브넷 마스크로 /23이나 /28처럼 변칙적으로 분할해서 이용할 수도 있다.

2.3.6. CIDR

CIDR(Classless Inter-Domain Routing)은 쉽게 말해 목적지 여러 개를 모은 것이다. 

예를 들어 192.168.0.0/24 ~ 192.168.255.0/24 합계인 256개의 네트워크 세그먼트가 있다고 가정한다. 이것을 라우팅 테이블에 한 줄씩 쓰려면 총 256줄을 써야 한다. 

여기에서 호스트부를 확장해서 192.168.0.0/16 으로 하면 192.168.0.0/24 ~ 192.168.255.0/24의 합계 256개 네트워크 세그먼트 전체를 나타낸 것과 같아진다. 이렇게 라우팅을 모아서 쓰는 것을 라우팅 집약이라고도 한다.

2.3.7. 정적 라우팅과 동적 라우팅

라우터에는 라우팅 테이블이 있다. 라우팅 테이블에는 네트워크로의 통신을 어떤 라우터로 전달하면 좋은지 기록된다. 라우팅 테이블 정보를 관리하는 방법에는 정적 라우팅(static routing)과 동적 라우팅(dynamic routing) 두 가지가 있다.

정적 라우팅

라우팅 테이블을 수동으로 관리하는 기술이다.

정적 라우팅에서는 네트워크를 구축할 때는 물론, 네트워크 구성을 변경할 때 사람이 직접 모든 라우팅 테이블을 서렂ㅇ한다.

동적 라우팅

정적 라우팅에 대해 라우터끼리 정기적 또는 필요에 따라 네트워크 접속 경로에 관한 정보를 교환하고, 이를 바탕으로 라우팅 테이블을 자동으로 설정하는 방법이다.

동적 라우팅으로 정보를 교환하는 방식을 라우팅 프로토콜이라고 하며, 이것도 몇 가지 종류가 있다.

자동이라고 해도 설정만 하면 끝나는 것이 아니라 도입이나 운용할 때 어느정도 손이 간다.

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1. KEY

Key란? 검색, 정렬시 Tuple을 구분할 수 있는 기준이 되는 Attribute

1. Candidate Key (후보키)

Tuple을 유일하게 식별하기 위해 사용하는 속성들의 부분 집합 (기본키로 사용할 수 있는 속성들)

2가지 조건 만족

• 유일성: Key로 하나의 Tuple을 유일하게 식별할 수 있음.
• 최소성: 꼭 필요한 속성으로만 구성

2. Primary Key (기본키)

후보키 중 선택한 Main Key

특징

• Null값을 가질 수 없음
• 동일한 값이 중복될 수 없음

3. Alternate Key (대체키)

후보키 중 기본키를 제외한 나머지 키 = 보조키

4. Supre Key (슈퍼키)

유일성은 만족하지만, 최소성은 만족하지 못하는 키

5. Foreign Key (외래키)

다른 릴레이션의 기본키를 그대로 참조하는 속성의 집합

2. JOIN

조인이란?

두 개 이상의 테이블이나 데이터베이스를 연결하여 데이터를 검색하는 방법

테이블을 연결하려면, 적어도 하나의 칼럼을 서로 공유하고 있어야 하므로 이를 이용하여 데이터 검색에 활용한다.

JOIN의 종류

1. INNER JOIN
2. LEFT OUTER JOIN
3. RIGHT OUTER JOIN
4. FULL OUTER JOIN
5. CROSS JOIN
6. SELF JOIN

(1) INNER JOIN

교집합으로, 기준 테이블과 join 테이블의 중복된 값을 보여준다.

SELECT 
A.NAME, B.AGE
FROM EX_TABLE A
INNER JOIN JOIN_TABLE B ON A.NO_EMP=B.NO_EMP

(2) LEFT OUTER JOIN

기준 테이블 값과 조인 테이블과 중복된 값을 보여준다.

왼쪽 테이블 기준으로 JOIN을 한다고 생각하면 편하다

SELECT
A.NAME, B.AGE
FROM EX_TABLE A
LEFT OUTER JOIN JOIN_TABLE B ON A.NO_EMP=B.NO_EMP

(3) RIGHT OUTER JOIN

LEFT OUTER JOIN과는 반대로 오른쪽 테이블 기준으로 JOIN하는 것이다.

SELECT
A.NAME, B.AGE
FROM EX_TABLE A
RIGHT OUTER JOIN JOIN_TABLE B ON A.NO_EMP = B.NO_EMP

(4) FULL OUTER JOIN

합집합을 말한다. A와 B 테이블의 모든 데이터가 검색된다.

SELECT
A.NAME, B.AGE
FROM EX_TABLE A
FULL OUTER JOIN JOIN_TABLE B ON A.NO_EMP = B.NO_EMP

(5) CROSS JOIN

모든 경우의 수를 전부 표현해주는 방식이다.

A가 3개, B가 4개면 총 3 * 4개의 데이터가 검색된다.

SELECT
A.NAME, B.AGE
FROM EX_TABLE A
CROSS JOIN JOIN_TABLE B

(6) SELF JOIN

자기자신과 자기자신을 조인하는 것이다.

하나의 테이블을 여러번 복사해서 조인한다고 생각하면 편하다.

자신이 갖고 있는 칼럼을 다양하게 변형시켜 활용할 때 자주 사용한다.

SELECT
A.NAME, B.AGE
FROM EX_TABLE A, EX_TABLE B

3. SQL Injection

해커에 의해 조작된 SQL 쿼리문이 데이터베이스에 그대로 전달되어 비정상적 명령을 실행시키는 공격 기법

공격 방법

1) 인증 우회

보통 로그인을 할때, 아이디와 비밀번호를 input 창에 입력하게 된다. 예시로 이해해보자.

아이디가 abc, 비밀번호가 만약 1234일 때 쿼리는 아래와 같은 방식으로 전송될 것이다.

SELECT * FROM USER WHERE ID = "abc" AND PASSWORD = "1234";

SQL Injection으로 공격할 때, input 창에 비밀번호를 입력함과 동시에 다른 쿼리문을 함께 입력하는 것이다.

1234; DELETE * USER FROM ID = "1";

보안이 완벽하지 않은 경우, 이처럼 비밀번호가 아이디와 일치해서 True가 되고 뒤에 작성한 DELETE 문도 데이터베이스에 영향을 줄 수도 있게 되는 치명적인 상황이다.

이 밖에도 기본 쿼리문의 WHERE 절에 OR문을 추가하여 "1" = "1"과 같은 true문을 작성하여 무조건 적용되도록 수정한 뒤 DB를 마음대로 조작할 수도 있다.

2) 데이터 노출

시스템에서 발생하는 에러 메시지를 이용해 공격하는 방법이다. 보통 에러는 개발자가 버그를 수정하는 면에서 도움을 받을 수 있는 존재이다. 해커들은 이를 역이용해 악의적인 구문을 삽입하여 에러를 유발시킨다.

즉 예를 들면, 해커는 GET방식으로 동작하는 URL쿼리 스트링을 추가하여 에러를 발생시킨다. 이에 해당하는 오류가 발생하면, 이를 통해 해당 웹앱의 데이터베이스 구조를 유추할 수 있고 해킹에 활용한다. 

방어 방법

1) input 값을 받을 때, 특수문자 여부 검사하기

로그인 전, 검증 로직을 추가하여 미리 설정한 특수문자들이 들어왔을 때 요청을 막아낸다.

2) SQL서버 오류 발생 시, 해당하는 에러 메시지 감추기

view를 활용하여 원본 데이터베이스 테이블에는 접근 권한을 높인다. 일반 사용자는 view로만 접근하여 에러를 볼 수 없도록 만든다.

3) preparestatement 사용하기

preparestatement를 사용하면, 특수문자를 자동으로 escaping해준다. (statement와는 다르게 쿼리문에서 전달인자 값을 ? 로 받는 것) 이를 활용해 서버 측에서 필터링 과정을 통해서 공격을 방어한다.

4. SQL vs NoSQL의 차이

웹 앱을 개발할 때, 데이터베이스를 선택할 때 고민하게 된다.

MySQL과 같은 SQL을 사용할까? 아니면 MongoDB와 같은 NoSQL을 사용할까?

보통 Spring에서 개발할 때는 MySQL을, Node.js에서는 MongoDB를 주로 사용했을 것이다.

하지만 그냥 다순히 프레임워크에 따라 결정하는 것이 아니다. 프로젝트를 진행하기에 앞서 적합한 데이터베이스를 택해야 한다. 차이점을 알아보자.

SQL(관계형 DB)

SQL을 사용하면 RDBMS에서 데이터를 저장, 수정, 삭제 및 검색 할 수 있음.

관계형 데이터베이스에는 핵심적인 두 가지 특징이 있다.

• 데이터는 정해진 데이터 스키마에 따라 테이블에 저장된다.
• 데이터는 관계를 통해 여러 테이블에 분산된다.

데이터는 테이블에 레코드로 저장되는데, 각 테이블마다 명확하게 정의된 구조가 있다. 해당 구조는 필드의 이름과 데이터 유형으로 정의된다.

따라서 스키마를 준수하지 않은 레코드는 테이블에 추가할 수 없다. 즉, 스키마를 수정하지 않는 이상은 정해진 구조에 맞는 레코드만 추가가 가능한 것이 관계형 데이터베이스의 특징 중 하나이다.

또한, 데이터의 중복을 피하기 위해 "관계"를 이용한다.

하나의 테이블에서 중복 없이 하나의 데이터만 관리하기 때문에 다른 테이블에서 부정확한 데이터를 다룰 위험이 없어지는 장점이 있다.

NoSQL(비관계형 DB)

말그대로 관계형 DB의 반대다.

스키마도 없고, 관계도 없다.

NoSQL에서는 레코드를 문서(documents)라고 부른다.

여기서 SQL과 핵심적인 차이가 있는데, SQL은 정해진 스키마를 따르지 않으면 데이터 추가가 불가능했다. 하지만 NoSQL에서는 다른 구조의 데이터를 같은 컬렉션에 추가가 가능하다.

문서(documents)는 Json과 비슷한 형태를 가지고 있다. 관계형 데이터베이스처럼 여러 테이블에 나누어담지 않고, 관련 데이터를 동일한 '컬렉션'에 넣는다.

따라서 위 사진에 SQL에서 진행한 Orders, Users, Products테이블로 나눈 것을 NoSQL에서는 Orders에 한꺼번에 포함해서 저장하게 된다.

따라서 여러 테이블에 조인할 필요없이 이미 필요한 모든 것을 갖춘 문서를 작성하는 것이 NoSQL이다. (NoSQL에는 조인이라는 개념이 존재하지 않음)

그러면 조인하고 싶을 때 NoSQL은 어떻게 할까?

컬렉션을 통해 데이터를 복제하여 각 컬렉션 일부분에 속하는 데이터를 정확하게 산출하도록 한다.

하지만 이러면 데이터가 중복되어 서로 영향을 줄 위험이 있다. 따라서 조인을 잘 사용하지 않고 자주 변경되지 않는 데이터일 때 NoSQL을 쓰면 상당히 효율적이다.

확장 방법

두 데이터베이스를 비교할 때 중요한 Scaling 개념도 존재한다.

데이터베이스 서버의 확장성은 '수직적' 확장과 '수평적' 확장으로 나누어진다.

운여하는 서버의 사용자가 많아질수록 서버에 부하가 증가하여 많은 용량과 성능을 요구하게 된다. 이를 해결하고자 서버를 추가로 설치하는 방법과 기존의 서버의 성능을 높이는 방법이 있다. 서버를 추가로 설치하는 것을 수평적 확장(Scale-Out), 서버의 성능을 높이는 것을 수직적 확장(Scale-Up)이라고 한다.

• 수직적 확장: 단순히 데이터베이스 서버의 성능을 향상시키는 것 (ex. CPU업그레이드)
• 수평적 확장: 더 많은 서버가 추가되고 데이터베이스가 전체적으로 분산됨을 의미(하나의 데이터베이스에서 작동하지만 여러 호스트에서 작동)

데이터 저장 방식으로 인해 SQL 데이터베이스는 일반적으로 수직적 확장만 지원함

수평적 확장은 NoSQL 데이터베이스에서만 가능

그럼 둘 중에 뭘 선택?

정답은 없다. 둘 다 훌륭한 솔루션이고 어떤 데이터를 다루느냐에 따라 선택을 고려해야 한다.

SQL장점

• 명확하게 정의된 스키마, 데이터 무결성 보장
• 관계는 각 데이터를 중복없이 한번만 저장

SQL단점

• 덜 유연함. 데이터 스키마를 사전에 계획하고 알려야 함. (나중에 수정하기 힘듬)
• 관계를 맺고 있어서 조인문이 많은 복잡한 쿼리가 만들어질 수 있음
• 대체로 수직적 확장만 가능함

NoSQL 장점

• 스키마가 없어서 유연함. 언제든지 저장된 데이터를 조정하고 새로운 필드 추가 가능
• 데이터는 애플리케이션이 필요로 하는 형식으로 저장됨. 데이터 읽어오는 속도 빨라짐
• 수직 및 수평 확장이 가능해서 애플리케이션이 발생시키는 모든 읽기/쓰기 요청 처리 가능

NoSQL 단점

• 유연성으로 인해 데이터 구조 결정을 미루게 될 수 있음
• 데이터 중복을 계속 업데이트 해야 함
• 데이터가 여러 컬렉션에 중복되어 있기 대문에 수정 시 모든 컬렉션에서 수행해야 함.(SQL에서는 중복 데이터가 없으므로 한번만 수행이 가능)

SQL데이터베이스 사용이 더 좋을 때

• 관계를 맺고 있는 데이터가 자주 변경되는 애플리케이션의 경우

NoSQL에서는 여러 컬렉션을 모두 수정해야 하기 때문에 비효율적

• 변경될 여지가 없고, 명확한 스키마가 사용자와 데이터에게 중요한 경우

NoSQL데이터베이스 사용이 더 좋을 때

• 정확한 데이터 구조를 알 수 없거나 변경/확장 될 수 있는 경우
• 읽기를 자주 하지만, 데이터 변경은 자주 없는 경우
• 데이터베이스를 수평으로 확장해야 하는 경우(막대한 양의 데이터를 다뤄야 하는 경우)

하나의 제시 방법이지 완전한 정답이 정해져 있는 것은 아니다.

SQL을 선택해서 복잡한 JOIN문을 만들지 않도록 설계하여 단점을 없앨 수도 있고

NoSQL을 선택해서 중복 데이터를 줄이는 방법으로 설계해서 단점을 없앨 수도 있다.

5. 정규화 (Normalization)

데이터의 중복을 줄이고, 무결성을 향상시킬 수 있는 정규화에 대해 알아보자

Normalization

가장 큰 목표는 테이블 간 중복된 데이터를 허용하지 않는 것이다.

중복된 데이터를 만들지 않으면, 무결성을 유지할 수 있고, DB저장 용량 또한 효율적으로 관리할 수 있다.

목적

• 데이터의 중복을 없애면서 불필요한 데이터를 최소화시킨다.
• 무결성을 지키고, 이상 현상을 방지한다.
• 테이블 구성을 논리적이고 직관적으로 할 수 있다.
• 데이터베이스 구조 확장이 용이해진다.

정규화에는 여러가지 단계가 있지만 대체적으로 1~3단계 정규화까지의 과정을 거친다.

제 1정규화(1NF)

테이블 컬럼이 원자갑(하나의 값)을 갖도록 테이블을 분리시키는 것을 말하낟.

만족해야 할 조건은 아래와 같다.

• 어떤 릴레이션에 속한 모든 도메인이 원자값으로만 되어 있어야 한다.
• 모든 속성에 반복되는 그룹이 나타나지 않는다.
• 기본키를 사용하여 관련 데이터의 각 집합을 고유하게 식별할 수 있어야 한다.

위 테이블은 전화번호를 여러개 가지고 있어 원자값이 아니다. 따라서 1NF에 맞추기 위해서는 아래와 같이 분리할 수 있다.

제 2정규화(2NF)

테이블의 모든 컬럼이 완전 함수적 종속을 만족해야 한다.

쉽게 말하면, 테이블에서 기본키가 복합키(키1, 키2)로 묶여있을 때, 두 키중 하나의 키만으로 다른 컬럼을 결정지을 수 있으면 안된다.

기본키의 부분집합 키가 결정자가 되어선 안된다는 것

Manufacture과 Model이 키가 되어 Model Full Name을 알 수 있다.

Manufacturer Country는 Manufacturer로 인해 결전된다. (부분 함수 종속)

따라서, Model과 Manufacturer Country는 아무런 연관관계가 없는 상황이다.

결국 완전 함수적 종속을 충족시키지 못하고 있는 테이블이다. 부분 함수 종속을 해결하기 위해 테이블을 아래와 같이 나눠서 2NF를 만족할 수 있다.

제 3정규화(3NF)

2NF가 진행된 테이블에서 이행적 종속을 없애기 위해 테이블을 분리하는 것이다.

이행적 종속: A -> B, B -> C 면 A -> C가 성립된다.

아래 두가지 조건을 만족시켜야 한다.

• 릴레이션이 2NF에 만족하낟.
• 기본키가 아닌 속성들은 기본키에 의존한다.

현재 테이블에서는 Tournament와 Year이 기본키다.

Winner는 이 두 복합키를 통해 결정된다.

하지만 Winner Date of Birth는 기본키가 아닌 Winner에 의해 결정되고 있다.

따라서 이는 3NF를 위반하고 있으므로 아래와 같이 분리해야 한다.

🌐 1장. 네트워크의 전체적인 모습과 종류

1.1 네트워크란 무엇인가?

1.1.1. 컴퓨터를 네트워크에 연결하는 의미

컴퓨터 네트워크는 컴퓨터끼리 연결해서 데이터를 교환하는 시스템을 의미한다.

온라인 시스템이 생기기 전에는 자기 테이프에 데이터를 담아 우편을 통해 전달하고, 업무를 처리 한 후 다시 우편을 통해 처리 결과를 받을 수 있었다. 

1960년대 다수의 이용자가 단말기로 통신 회선을 이용해 컴퓨터를 공동으로 사용할 수 있게 되었고(컴퓨터끼리 네트워크로 연결된 것), 이를 온라인 시스템이라고 한다.

1.1.2 현대 네트워크

현대의 네트워크는 다양한 종류가 있다. 가정 네트워크, 기업 네트워크, 데이터센터 네트웤, 클라우드 사업자 네트워크 등.

가정 네트워크의 경우 광 회선이나 케이블TV와 같은 접속 회선을 이용하여 ISP를 통해 인터넷에 연결된다. 

기업용 네트워크는 규모가 더 커지며, 컴퓨터 대수는 물론 때에 따라서 복수의 거점 간 통신이 추가된다. 지점 A와 지점B라는 회사 내 사업소끼리 네트워크로 연결하고, 서로 통신할 수 있다. 또 사내에 서버가 있을 경우 사내 컴퓨터에서 서버로 접속할 수 있게 설정하지만, 서버를 사외 데이터 센터에 두거나 클라우드 서버를 이용하는 예도 있다. 이 경우 데이터 센터와 회사의 각 거점을 연결하거나 클라우드 서버를 둔 클라우드와 연결해야 한다.

1.1.3. LAN과 WAN

컴퓨터 네트워크는 범위에 따라 LAN과 WAN 두 가지로 크게 나뉜다.

LAN(Local Area Network)은 가정이나 사무실 등 하나의 거점 내부를 연결하는 네트워크를 의미한다. 

WAN(Wide Area Network)은 거점과 거점을 연결하는 네트워크를 의미한다. '거점 내부'를 연결하는 것은 LAN, '거점 <-> 거점' 과 '거점 <-> 인터넷'을 연결하는 것을 WAN이라고 한다.

LAN과 WAN은 용도가 다를 뿐 컴퓨터끼리 통신하게 하는 역할임에는 변함이 없다.

LAN 특징

LAN에는 두 가지 접속 방법이 있다. 케이블로 접속하는 유선 LAN, 전파로 접속하는 무선 LAN

유선 LAN

인터넷 - ONU - 라우터 - 스위치 -(LAN 케이블로 연결) - 컴퓨터

무선 LAN

인터넷 - ONU - 라우터  ((((( 전파로 통신 ))))) 컴퓨터

LAN은 규격을 바탕으로 접속된다.

유선 LAN용 규격의 종류는 다양하지만, 현재는 대부분의 환경에서 이더넷을 사용한다. 이더넷은 LAN에 이용되는 물리적인 회선이나 접속 커넥터에 관해 정해진 규격이고, 이 뒤에 설명하는 OSI 참조 모델의 1층과 2층에 해당한다.

무선 LAN용 규격은 IEEE라는 표준화 기구가 정한 IEEE802.11 시리즈가 표준으로 보급되어 있다.

LAN 역사를 보면 처음에는 모두 유선 LAN이었고 지금보다 속도도 훨씬 느렷다. 네트워크 장비가 고성능, 고기능화되면서 무선 LAN이 등장했고, 유선 LAN도 규격이 업데이트 되면서 속도가 빨라졌다.

WAN 특징

WAN은 거점과 거점을 연결하고자 SKT나 KT 등 통신 사업자가 제공하는 통신 회선 서비스를 이용하는 네트워크이다. 통신 사업자의 설비를 빌려야 하므로 통신 서비스 이용료나 네트워크 기기 임대료를 지불해야 한다.

WAN 회선에는 개인용과는 별도로 법인용 회선도 있다. 법인용 회선은 보증 대역이 정해져 있거나 보안 옵션을 선택할 수 있다. 일반적으로 개인용 회선보다 이용료가 비싸다.

유선으로 연결된 WAN 서비스 이외에도 이동 통신망을 사용하느 무선 통신도 있으며, 휴대폰이 대표적이다. 이를 무선 WAN이라고도 한다. 

1.1.4. 네트워크 구성 요소

일반적인 네트워크를 구성할 때 필요한 것부터 시작해서 각각의 요소를 설명한다.

PC, 휴대 전화 등

사용자가 일반적으로 사용하는 단말이다. 단말을 조작하여 회사 내 서비스를 이용하거나 인터넷상의 서비스를 이용한다.

서버

어떤 서비스를 제공하는 컴퓨터를 서버라고 한다. 하드웨어의 부품 구성이나 제작 방법은 일반 PC와 비슷하지만, 365일 쉬지 않고 계속 가동될 것을 예상하여 좀 더 고성능 부품을 사용한다.

스위치

유선 LAN을 묶는 것이 스위치이다. 단순히 유선 LAN을 묶는 것을 L2 스위치, 네트워크와 네트워크를 연결하는 기능이 있는 것을 L3 스위치, 부하 분산 및 애플리케이션에 맞게 통신을 제어할 수 있는 고급 스위치를 L4 스위치나 L7 스위치 등으로 부른다.

ONU

ONU는 자택이나 회사 등에 끌어온 광 회선과 공유기 사이에 설치되어 광 회선과 공유기를 연결하고 광 신호와 디지털 신호를 변환하는 장치이다. 광 회선을 집이나 회사에서 사용할 수 있도록 하는 장치.

라우터

네트워크와 네트워크를 연결하는 기능이 있는 장비이다. 랜과 인터넷의 경계에 설치되어 네트워크 간 다리를 놓거나, 거점과 거점을 연결하너가, 여러 단말기로 네트워크 회선을 공용하는 역할을 담당한다. 

방화벽

방화벽은 라우터와 마찬가지로 네트워크 경계에 놓이는 장비이지만, 라우터와 다른 점은 보안과 관련한 기능을 갖추고 있다는 것이다. 통신 동작에 수상한 점이 없는지 확인하거나 안티 바이러스와 안티 스팸, 침입 감지/방어 등 역할을 담당한다.

가상 라우터

퍼블릭 클라우드를 가상 프라이빗 클라우드로 이용하는 VPC(Virtual Private Cloud)라는 기술이 있다.

기존에는 데이터 센터에 기업 시스템 등을 설치하는 것이 일반적이었지만, 최근에는 VPC로 다시 이전하는 사례가 증가하고 있다. VPC는 가상적인 데이터 센터라고 할 수 있다. VPC와 기업 네트워크는 프라이빗 네트워크로 연결되는데, 여기서 VPC 쪽 연결점이 되는 것이 가상 라우터다. 라우터는 전용 하드웨어로 제공하고, 가상 라우터는 클라우드에서 실행되는 소프트웨어로 제공된다.

1.2 네트워크와 인터넷

1.2.1. 인터네트워킹

인터넷은 '네트워크 간 네트워크'나 '복수의 네트워크를 서로 연결한 네트워크'라는 의미의 '인터넷트워크'라는 용어에서 파생된 용어이다.

일반적으로 컴퓨터 네트워크를 확장하는 방법은 다음 두 가지이다.

• 한 네트워크를 키워 가는 방법
• 네트워크와 네트워크를 연결하여 넓혀 가는 방법

복수 네트워크를 서로 연결하는 것을 인터네트워킹이라 하는데, 후자의 접근 방식이 인터네트워킹이다. 그리고 전 세계적으로 인터네트워킹하는 것이 인터넷(The Internet)이다.

(The)Internet과 an internet
인터넷트워킹과 인터네트워크는 복수의 네트워크를 연결한다는 의미의 일반 용어로, 거기에서 파생된 '인터넷'은 두 가지 의미가 있다. 전 세계를 연결하는 인터넷을 전신으로 하는 특정한 글로벌 네트워크. 고유 명사로 영어 대문자로 시작하는 Ther Internet또는 Internet으로 표기한다. 

다른 하나는 인터넷트워킹으로 구성되는 네트워크를 뜻하고, an internet으로 표기한다.

(The)Internet을 좁은 의미의 인터넷, an internet을 넓은 의미의 인터넷으로 부르기도 한다.

1.2.2. 네트워크와 인터넷의 관계

인터넷 전신인 ARPANET(Advanced Research Projects Agency NETwork)은 미국 국방성의 고등연구계획국이 자금을 대고, 몇 개 대학과 연구 기관이 공동으로 진행한 프로젝트이다. ARPANET은 패킷 통신 네트워크와 TCP/IP 실용화 등에서 오늘날 인터넷의 기술적 방향성에 영향을 주었다.

조직(AS)

인터넷은 전 세계 여러 조직의 네트워크가 서로 연결된 것으로, 조직의 네트워크 간 접속 정책은 인터넷의 공통된 규칙을 따르지만, 조직 내부를 어떤 정책으로 운용할지는 각 조직에게 달렸다.

이 조직 단위를 AS(Autonomous System)(자율 시스템)라고 한다. AS란 인터넷을 구선하는 단위인 어느 하나의 관리 주체로 보유, 운용되는 독립된 네트워크를 의미한다. 

AS가 많이 연결되어 인터넷을 형성한다. 이해하기 쉬운 조직의 예는 KT나 SKT, LG U+같은 인터넷 서비스 제공자(ISP)이다. 가정용 네트워크의 예처럼 랜에 연결된 단말기는 일반적으로 ISP를 통해 인터넷에 접속한다.

인터넷 특징 중 하나는 특정 관리 조직이 존재하지 않는다는 것이다. 인터넷에 포함되는 요소(규격이나 기술 등)를 관리하거나 표준화하는 단체는 있지만, 인터넷 자체를 관리하는 조직은 없다. 그렇기 때문에 인터넷에는 중심이 되는 것이 존재하지 않는다.

traceroute 명령어

traceroute(유닉스 계열 OS명령어, window는 tracert) 명령어는 실행한 컴퓨터에서 목적지 컴퓨터까지 가는 네트워크의 IP주소를 조사하는 도구이다.

traceroute google.com 명령을 실행하면 다음과 같이 터미널창에 뜨게 된다.

실행하는 컴퓨터에서 해당 서버에 이르는 경로가 목록으로 표시되는 것을 확인할 수 있다.

인터넷상에는 여러 라우터가 있고, 라우터를 몇 단계나 경유해야 통신이 연결된다는 사실을 알 수 있다.

명령어 실행 결과는 계약한 ISP에 따라 달라진다. 

1.2.3. 인터넷과 WAN의 차이

인터넷은 전 세계의 네트워크를 연결한 세계적 규모의 네트워크이다. 네트워크와 네트워크를 연결할 때 통신 사업자의 WAN 회선으로 연결한다. 지금까지 알아본 것처럼 거점과 거점을 연결하는 부분이 WAN이며, WAN으로 연결된 네트워크 전체가 인터넷이다.

1.2.4. 프로토콜

컴퓨터끼리 통신하려면 공통된 약속이 필요하다. 이 공통된 약속을 프로토콜이라고 한다.

여러가지 프로토콜이 있었지만, 지금은 TCP/IP 라는 것이 주류가 되었다.

왜 프로토콜이 필요할까? 만약 전구 소켓의 크기가 제조사마다 다르다면, 근처 상점에 우리집 규격에 맞는 전구가 없더나 크기가 달라서 사용하지 못하는 등 여러 문제가 발생할 수 있다. 또 같은 제조사더라도 생산하는 전구마다 크기가 제각각이면 더욱 규격을 알기 어렵다. 그래서 전자제춤에는 어느 정도 공통 규격이 있다. 이는 컴퓨터 네트워크에서도 똑같이 적용된다.

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1. HTTP의 GET와 POST 비교

둘 다 HTTP 프로토콜을 이용해서 서버에 무엇인가를 요청할 때 사용하는 방식이다. 하지만 둘의 특징을 제대로 이해하여 기술의 목적에 맞게 알맞은 용도에 사용해야한다.

GET

우선 GET방식은 요청하는 데이터가 HTTP Request Message의 Header부분에 url이 담겨서 전공된다. 때문에 url 상에 ? 뒤에 데이터가 붙어 request를 보내게 되는 것이다. 이러한 방식은 url이라는 공간에 담겨가기 때문에 전송할 수 있는 데이터의 크기가 제한적이다. 또 보안이 필요한 데이터에 대해서는 데이터가 그대로 url에 노출

되므로 GET방식은 적절하지 않다. (ex. password)

POST

POST방식의 request는 HTTP Request Message의 Body부분에 데이터가 담겨서 전송된다. 때문에 바이너리 데이터를 요청하는 경우 POST방식으로 보내야 하는 것처럼 데이터 크기가 GET방식보다 크고 보안면에서 낫다.(하지만 보안적인 측면에서 암호화를 하지 않는 이상 고만고만하다.)

그렇다면 이러한 특성을 이해한 뒤에는 어디에 적용되는지를 알아봐야 그 차이를 극명하게 이해할 수 있다. 우선 GET은 가져오는 것이다. 서버에서 어떤 데이터를 가져와서 보여준다거나 하는 용도이지 서버의 값이나 상태 등을 변경하지 않는다. SELECT적인 성향을 갖고 있다고 볼 수 있는 것이다. 반면에 POST는 서버의 ㄱ밧이나 상태를 변경하기 위해서 또는 추가하기 위해서 사용된다.

부수적인 차이점을 좀 더 살펴보자면 GET방식의 요청은 브라우저에서 Caching할 수 있다. 때문에 POST방식으로 요청해야 할 것을 데이터의 크기가 작고 보안적인 문제가 없다는 이유로 GET방식으로 요청한다면 기존에 caching되었던 데이터가 응답될 가능성이 존재한다. 때문에 목적에 맞는 기술을 사용해야 한다.

2. 3-way-handshake & 4-way-handshake

연결 성립(Connection Establishment)

1) 클라이언트는 서버에 접속을 요청하는 SYN(a) 패킷을 보낸다.

2) 서버는 클라이언트의 요청인 SYN(a)을 받고 클라이언트에게 요청을 수락한다는 ACK(a+1)와 SYN(b)이 설정된 패킷을 발송한다.

3) 클라이언트는 서버의 수락 응답인 ACK(a+1)와 SYN(b) 패킷을 받고 ACK(b+1)를 서버로 보내면 연결이 성립(establish)된다.

연결 해제 (Connection Termination)

1) 클라이언트가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송한다.

2) 서버는 클라이언트의 요청(FIN)을 받고 알겠다는 확인 메시지로 ACK 를 보낸다.

2-1) 그리고나서는 데이터를 모두 보낼 때까지 잠깐 TIME_OUT된다.

3) 데이터를 모두 보내고 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.

4) 클라이언트는 FIN메시지를 확인했다는 메시지(ACK)를 보낸다.

5) 클라이언트의 ACK메시지를 받은 서버는 소켓 연결을 close한다.

6) 클라이언트는 아직 서버로부터 받지 못한 데이터가 있을 것을 대비해 일정 시간 동안 세션을 남겨놓고 잉여 패킷을 기다리는 과정을 거친다. (TIME_WAIT)

What is the SYN Packet? ACK Packet?

• SYN: Synchronize sequence number
• ACK: Acknowledgement

TCP Header에는 Code Bit(Flag Bit)라는 부분이 존재한다. 이 부분은 총 6Bit로 이루어져 있으며 각각 한 bit들이 의미를 갖고 있다. Urg-Ack-Psh-Rst-Syn-Fin 순서로 되어 있으며 해당 위치의 비트가 1이면 해당 패킷이 어떠한 내용을 담고 있는 패킷인지를 나타낸다. SYN 패킷일 경우엔 000010이 되고 ACK 패킷일 경우에는 010000이 되는 것이다.

Why two types of packets?

일단 연결을 성립하려면 서로 통신이 가능한지를 먼저 파악하기 위해 패킷을 먼저 주고받아야 한다는 것까지는 이해가 쉽다. 그런데 두 종류의 패킷을 주고 받는다. 요청과 응답에 대한 패킷을 주고 받아야 하기 때문에 두 종류인 것이다.

Why 3-way? Is not enough 2-way?

일단 클라이언트가 자신의 목소리가 들리는지 물어본다.(SYN) 서버는 클라이언트의 목소리가 들린다고 말한다. (SYN +1) 그리고 자신의 목소리가 들리는지 물어본다. (ACK) 클라이언트는 서버의 목소리가 들린다고 말한다. (ACK + 1)이런 과정인 셈이다.

TCP connection은 양방향성(bidirection) conneciton이다. 클라이언트에서 서버에게 존재를 알리고 패킷을 보낼 수 있다는 것을 알리듯, 서버에서도 클라이언트에게 존재를 알리고 패킷을 보낼 수 있다는 신호를 보내야 한다. 그렇기 때문에 2-way handshake로는 부족하다.

Why randomized sequence number?

처음 클라이언트에서 SYN 패킷을 보낼 때 Sequence Number에는 랜덤한 숫자가 담겨간다. 초기 sequence number를 ISN이라고 한다. ISN이 0부터 시작하지 않고 난수를 생성해서 number를 설정하는 이유는 무엇일까?

Connection을 맺을 때 사용하는 포트(port)는 유한 범위 내에서 사용하고 시간이 지남에 따라 재사용된다. 따라서 두 통신 호스트가 과거에 사용된 포트 번호 쌍을 사용하는 가능성이 존재한다. 서버 측에서는 패킷의 SYN을 보고 패킷을 구분하게 되는데 난수가 아닌 순차적인 number가 전송된다면 이전의 connection으로부터 오는 패킷으로 인식할 수 있다. 이러한 문제가 발생할 가능성을 줄이기 위해서 난수로 ISN을 설정하는 것이다.

3. TCP와 UDP의 비교

UDP

UDP(User Datagram Protocol, 사용자 데이터그램 프로토콜)는 비연결형 프로토콜이다. IP 데이터그램을 캡슐화하여 보내는 방법과 연결 설정을 하지 않고 보내는 방법을 제공하낟. UDP는 흐름제어, 오류제어 또는 손상된 세그먼트의 수신에 대한 재전송을 하지 않는다. 이 모두가 사용자 프로세스의 몫이다. UDP가 행하는 것은 포트들을 사용하여 IP 프로토콜에 인터페이스를 제공하는 것이다.

종종 클라이언트는 서버로 짧은 요청을 보내고, 짧은 응답을 기대한다. 만약 요청 또는 응답이 손실된다면, 클라이언트는 time out되고 다시 시도할 수 있으면 된다. 코드가 간단할 뿐만 아니라 TCP처럼 초기설정(initial setup)에서 요구되는 프로토콜보다 적은 메시지가 요구된다. 

UDP를 사용한 것들에는 DNS가 있다. 어떤 호스트 네임의 IP주소를 찾을 필요가 있는 프로그램은, DNS서버로 호스트 네임을 포함한 UDP 패킷을 보낸다. 이 서버는 호스트의 IP 주소를 포함한 UDP 패킷으로 응답한다. 사전에 설정이 필요하지 않으며 그 후에 해제가 필요하지 않다.

TCP

대부분의 인터넷 응용 분야들은 신뢰성과 순차적인 전달을 필요로 한다. UDP로는 이를 만족시킬 수 없으므로 다른 프로토콜이 필요하여 탄생한 것이 TCP이다. TCP(Transmission Control Protocol, 전송제어 프로토콜)는 신뢰성이 없는 인터넷을 통해 종단간에 신뢰성 있는 바이트 스트림을 전송 하도록 특별히 설계되었다. TCP 서비스는 송신자와 수신자 모두가 소켓이라고 부르는 종단점을 생성함으로써 일어진다. TCP에서 연결 설정(connection establishment)는 3-way handshake를 통해 행해진다.

모든 TCP연결은 전이중(full-duplex), 점대점(point to point)방식이다. 전이중이란 전송이 양방향으로 동시에 일어날 수 있음을 의미하며 점대점이란 각 연결이 정확히 2개의 종단점을 가지고 있음을 의미한다. TCP는 멀티캐스팅이나 브로드캐스팅을 지원하지 않는다.

4. HTTP와 HTTPS 

HTTP의 문제점

• HTTP는 평문 통신이기 때문에 도청이 가능하다.
• ㅇ통신 상대를 확인하지 않기 때문에 위장이 가능하다.
• 완전성을 증명할 수 없기 때문에 변조가 가능하다.

위 세가지는 다른 암호화하지 않은 프로토콜에도 공통되는 문제점들이다.

TCP/CP는 도청 가능한 네트워크이다

TCP/IP 구조의 통신은 전부 통신 경로 상에서 엿볼 수 있다. 패킷을 수집하는 것만으로 도청할 수 있다. 평문으로 통신할 경우 메시지의 의미를 파악할 수 있기 때문에 암호화하여 통신해야 한다.

보완 방법

1. 통신 자체를 암호화 SSL(Secure Socket Layer) or TLS(Transport Layer Security)라는 다른 프로토콜을 조합함으로써 HTTP의 통신 내용을 암호화할 수 있다. SSL을 조합한 HTTP를 HTTPS(HTTP Secure) or HTTP over SSL이라고 부른다.
2. 콘텐츠르 암호화 말 그대로 HTTP를 사용해서 운반하는 내용인, HTTP메시지에 포함되는 콘텐츠만 암호화하는 것이다. 암호화해서 전송하면 받은 측에서는 그 암호를 해독하여 출력하는 처리가 필요하다.

통신 상대를 확인하지 않기 때문에 위장이 가능하다

HTTP에 의한 통신에는 상대가 누구인지 확인하는 처리가 없기 때문에 누구든지 리퀘스트를 보낼 수 있다. IP주소나 포트 등에서 그 웹 서버에 액세스 제한이 없는 경우 리퀘스트가 오면 상대가 누구든지 무언가의 리스폰스를 반환한다. 이러한 특징은 여러 문제점을 유발한다.

1. 리퀘스트를 보낸 곳의 웹 서버가 원래 의도한 리스폰스를 보내야 하는 웹 서버인지를 확인할 수 없다.
2. 리스폰스를 반환한 곳의 클라이언트가 원래 의도한 리퀘스트를 보낸 클라이언트인지 알 수 없다.
3. 통신하고 있는 상대가 접근이 허가된 상대인지 확인할 수 없다.
4. 어디에서 누가 리퀘스트 했는지 확인할 수 없다.
5. 의미없는 리퀘스트도 수신한다. -> Dos 공격을 방지할 수 없다.

보완방법

위 암호화 방법으로 언급된 SSL로 상대를 확인할 수 있다. SSL은 상대를 확인하는 수단으로 증명서를 제공하고 있다. 증명서는 신뢰할 수 있는 제 3자 기관에 의해 발행되는 것이기 때문에 서버나 클라이언트가 실재하는 사실을 증명한다. 이 증명서를 이용함으로써 통신 상대가 내가 통신하고자 하는 서버임을 나타내고 이용자는 개인 정보 누설 등의 위험성이 줄어들게 된다. 한 가지 이점을 더 꼽자면 클아이언트는 이 증명서로 본인 확인을 하고 웹 사이트 인증에서도 이용할 수 있다.

완전성을 증명할 수 없기 때문에 변조가 가능하다

여기서 완전성이란 정보의 정확성을 의미한다. 서버 또는 클라이언트에서 수신한 내용이 송신측에서 보낸 내용과 일치한다라는 것을 보장할 수 없는 것이다. 리퀘스트나 리스폰스가 발신된 후에 상대가 수신하는 사이에 누군가에 의해 변조되더라도 이 사실을 알 수 없다. 이와 같이 공격자가 도중에 리퀘스트나 리스폰스를 빼앗아 변조하는 공격을 중간자 공격(Man-in-the-Middle)이라고 부른다.

보완 방법

MD5, SHA-1 등의 해시 값을 확인하는 방법과 파일의 디지털 서명을 확인하는 방법이 존재하지만 확실히 확인할 수 있는 것은 아니다. 확실히 방지하기에는 HTTPS를 사용해야 한다. SSL에는 인증이나 암호화, 그리고 다이제스트 기능을 제공하고 있다.

5. HTTPS

HTTP에 암호화와 인증, 그리고 완전성 보호를 더한 HTTPS

HTTPS는 SSL의 껍질을 덮어쓴 HTTP라고 할 수 있다. 즉, HTTPS는 새로운 애플리케이션 계층의 프로토콜이 아니라는 것이다. HTTP 통신하는 소켓 부분을 SSL(Secure Socket Layer) or TLS(Transport Layer Security)라는 프로토콜로 대체하는 것 뿐이다. HTTP는 원래 TCP와 직접 통신했지만, HTTPS에서 HTTP는 SSL과 통신하고 SSL이 TCP와 통신하게 된다. SSL을 사용한 HTTPS는 암호화와 증명서, 안전성 보호를 이용할 수 있게 된다.

HTTPS의 SSL에서는 공통키 암호화 방식과 공개키 암호화 방식을 혼합한 하이브리드 암호 시스템을 사용한다. 고통키 암호화 방식으로 교환한 다음에 다음부터의 통신은 공통키 암호를 사용하는 방식이다.

모든 웹 페이지에서 HTTPS를 사용해도 될까?

평문 통신에 비해서 암호화 통신은 CPU나 메모리 등 리소스를 더 많이 요구한다. 통신할 때마다 암호화를 하면 추가적인 리소르를 소비하기 때문에 서버 한 대당 처리할 수 있는 리퀘스트의 수가 상대적으로 줄어들게 된다.

하지만 최근에는 하드웨어의 발달로 인해 HTTPS를 사용하더라도 속도 저하가 거의 일어나지 않으며, 새로운 표준인 HTTP 2.0을 함께 시용한다면 오히려 HTTPS가 HTTP보다 더 빠르게 동작한다. 따라서 웹은 과거의 민감한 정보를 다룰 때만 HTTPS에 의한 암호화 통신을 사용하는 방식에서 현재 모든 웹 페이지에서 HTTPS를 적용하는 방향으로 바뀌어가고 있다.

6. DNS round robin 방식

DNS round robin 방식의 문제점

1. 서버의 수 만큼 공인 IP주소가 필요함.
   • 부하 분산을 위해 서버의 대수를 늘리기 위해서는 그 만큼의 공인 IP가 필요하다.
2. 균등하게 분산되지 않음
   • 모바일 사이트 등에서 문제가 될 수 있는데, 스마트폰의 접속은 캐리어 게이트웨이 라고 하는 프록시 서버를 경유한다. 프록시 서버에서는 이름변환 결과가 일정 시간 동안 캐싱되므로 같은 프록시 서버를 경유하는 경우 접속은 항상 같은 서버로 접속된다. 또한 PC용 웹 브라우저도 DNS 결과를 캐싱하기 때문에 균등하게 부하분산 되지 않는다. DNS레코드의 TTL값을 짧게 설정함으로서 어느 정도 해소가 되지만, TTL에 따라 캐시를 해제하는 것은 아니므로 반드시 주의가 필요하다.
3. 서버가 다운되도 확인 불가
   • DNS서버는 웹 서버의 부하나 접속 수 등의 상황에 따라 질의 결과를 제어할 수 없다. 웹 서버의 부하가 높아서 응답이 느려지거나 접속수가 꽉 차서 접속을 처리할 수 없는 상황인 지를 전혀 감지할 수가 없기 때문에 어떤 원인으로 다운되더라도 이를 검출하지 못하고 유저들에게 제공한다. 이때문에 유저들은 간혹 다운된 서버로 연결이 되기도 한다. DNS 라운드 로빈은 어디까지나 부하분산을 위한 방법이지 다중화 방법은 아니므로 다른 S/W와 조합해서 관리할 필요가 있다.

Round Robin 방식을 기반으로 단점을 해소하는 DNS 스케줄링 알고리즘이 존재한다. (일부만 소개)

1. Weighted Round Robin(WRR)

- 각각의 웹 서버에 가중치를 가마해서 분산 비율을 변경한다. 물론 가중치가 큰 서버일수록 빈번하게 선택되므로 처리능력이 높은 서버는 가중치를 높게 설정하는 것이 좋다.

2. Least connection

- 접속 클라이언트 수가 가장 적은 서버를 선택한다. 로드밸런서에서 실시간으로 connection 수를 관리하거나 각 서버에서 주기적으로 알려주는 것이 필요하다.

6. 웹 통신의 큰 흐름

우리가 Chrome 을 실행시켜 주소창에 특정 URL 값을 입력시키면 어떤 일이 일어나는가?

in 브라우저

1. url에 입력된 값을 브라우저 내부에서 결정된 규칙에 따라 그 의미를 조사한다.
2. 조사된 의미에 따라 HTTP Request메시지를 만든다.
3. 만들어진 메시지를 웹 서버로 전송한다.

이 때 만들어진 메시지 전송은 브라우저가 직접하는 것이 아니다. 브라우저는 메시지를 네트워크에 송출하는 기능이 없으므로 OS에 의뢰하여 메시지를 전달한다. 우리가 택배를 보낼 때 직접 보내는게 아니라, 이미 서비스가 이루어지고 있는 택배 시스템(택배 회사)을 이용하여 보내는 것과 같은 이치이다. 단, OS에 송신을 의뢰할 때는 도메인명이 아니라 ip주소로 메시지를 받을 상대를 지정해야 하는데, 이 과정에서 DNS서버를 조회해야 한다.

in 프로토콜 스택, LAN 어댑터

1. 프로토콜 스택(운영체제에 내장된 네트워크 제어용 소프트웨어)이 브라우저로부터 메시지를 받는다.
2. 브라우저로부터 받은 메시지를 패킷 속에 저장한다.
3. 그리고 수신처 주소 등의 제어정보를 덧붙인다.
4. 그런 다음, 패킷을 LAN 어댑터에 넘긴다.
5. LAN 어댑터는 다음 Hop의 MAC 주소를 붙인 프레임을 전기신호로 변환한다.
6. 신호를 LAN케이블에 송출시킨다.

프로토콜 스택은 통신 중 오류가 발생했을 때, 이 제어 정보를 사용하여 고쳐 보내거나, 각종 상황을 조절하는 등 다양한 역할을 하게 된다. 네트워크 세계에서는 비서가 있어서 우리가 비서에게 물건만 건네주면, 받는 사람의 주소와 각종 유의사항을 써준다! 여기서는 프로토콜 스택이 비서의 역할을 한다고 볼 수 있다.

in 허브, 스위치, 라우터

1. LAN어댑터가 송신한 프레임은 스위칭 허브를 경유하여 인터넷 접속용 라우터에 도착한다.
2. 라우터는 패킷을 프로바이더(통신사)에게 전달한다.
3. 인터넷으로 들어가게 된다.

in 액세스 회선, 프로바이더

1. 패킷은 인터넷의 입구에 있는 액세스 회선(통신 회성)에 의해 POP(Point tOf Presence, 통신사용 라우터)까지 운반된다.
2. POP를 거쳐 인터넷의 핵심부로 들어가게 된다.
3. 수 많은 고속 라우터들 사이로 패킷이 목적지를 향해 흘러가게 된다.

in 방화벽, 캐시서버

1. 패킷은 인터넷 핵심부를 통과하여 웹 서버측의 LAN에 도착한다.
2. 기다리고 있던 방화벽이 도착한 패킷을 검사한다.
3. 패킷이 웹 서버까지 가야하는지 가지 않아도 되는지를 판단하는 캐시서버가 존재한다.

굳이 서버까지 가지 않아도 되는 경우를 골라낸다. 액세스한 페이지의 데이터가 캐시서버에 있으면 웹 서버에 의뢰하지 않고 바로 그 값을 읽을 수 있다. 페이지의 데이터 중에 다시 이용할 수 있는 것이 있으면 캐시 서버에 저장된다.

in 웹 서버

1. 패킷이 물리적인 웹 서버에 도착하면 웹 서버의 프로토콜 스택은 패킷을 추출하여 메시지를 복원하고 웹 서버 애플리케이션에 넘긴다.
2. 메시지를 받은 웹 서버 애플리케이션은 요청 메시지에 따른 데이터를 응답 메시지에 넣어 클라이언트로 회송하낟.
3. 왔던 방식대로 응답 메시지가 클라이언트에게 전달된다.