[컴퓨터 네트워킹 하향식 접근] 2. 애플리케이션 계층

Chapter 2 : 애플리케이션 계층

네트워크 애플리케이션의 원리

• 클라이언트-서버 구조
  
  • server 
    • 항상 host이다.
    • 고정된 IP 주소를 가지고 있다.
    • 보통 데이터 센터에 위치하고 있다.
  • client
    • 서버와 연결하고 통신한다.
    • 가끔 또는 항상 켜져 있을 수 있다.
    • 주소 변동 가능 (데이터를 먼저 요청하기 때문에 자신의 주소를 담아서 보낼 수 있음)
    • 서로 직접 통신하지 않는다.
    • 예) HTTP, IMAP, FTP
• P2P 구조
  • 항상 켜있는 서버가 존재하지 않는다.
  • 피어라는 간헐적으로 연결된 호스트 쌍이 서로 직접 통신하게 한다. 
  • Self-scalability 하다. 새로운 피어는 작업 부하를 만들어내지만, 서비스 능력을 추가하기도 한다. 즉, 클라이언트의 수가 많아져도 안정적으로 서비스할 수 있다. 
• 프로세스 간 통신
  • 프로세스: 운영체제 용어에서 실제 통신하는 것. 종단 시스템에서 실행되는 프로그램.
    • 같은 종단 시스템(host) 내에서는 운영체제가 결정한 inter-process communication을 사용한다. 
    • 다른 종단 시스템에서의 프로세스는 메시지의 교환을 통해 통신한다. 
• 소켓
  • 프로세스는 소켓을 통해 네트워크로 메시지를 보내고 받는다.
  • 프로세스는 집과 비슷하며 소켓은 문과 같다. 
  • 호스트의 애플리케이션 계층과 트랜스포트 계층 간의 인터페이스이다. 
• 프로세스 주소 배정
  • IP주소와 포트 번호가 필요하다. 
  • 0부터 1023까지의 포트번호는 HTTP(80), FTP, SMTP(25)와 같은 인기 있는 애플리케이션에 예약되어 있다. 
• 애플리케이션 프로토콜
  • 교환 메시지 타입(request, response), message syntax, message semantics, 언제/어떻게 프로세스가 메시지를 전송하고 응답하는지 결정하는 규칙을 정의한다. 
• 애플리케이션이 이용 가능한 트랜스포트 서비스
  • 신뢰적 데이터 전송
  • 처리율
  • 시간
  • 보안

Web과 HTTP

• HTTP 개요
  • 웹의 애플리케이션 계층 프로토콜
  • 클라이언트-서버 모델
  • TCP 사용
  • stateless: HTTP 서버는 클라이언트에 대한 정보를 유지하지 않는다. 
    • 쿠키: 웹사이트와 클라이언트 브라우저는 쿠키를 사용해서 상태를 유지할 수 있다. 쿠키 기술은 아래와 같이 4가지 요소를 가지고 있다.  
      • HTTP 응답 메시지 쿠키 헤더라인
      • HTTP 요청 메시지 쿠키 헤더라인
      • 쿠키파일은 사용자의 호스트에 저장되고 사용자의 브라우저가 관리
      • 웹사이트의 백엔드 데이터베이스를 갖고 있다. 
    • 쿠키가 사용되는 경우
      • 사용자 식별
      • 장바구니
      • 추천
      • 사용자 세션 계층 생성(web e-mail)
  • HTTP 연결은 2가지 타입이 있다(브라우저와 서버 간의 HTTP 연결은 트랜스포트 레이어의 TCP 연결과 다르다). 
    • 비지속(non-persistent) 연결
      • 응답시간 = 2RTT (round trip time) + file transmission time
      • RTT는 패킷이 클라이언트로부터 서버까지 가고, 다시 클라이언트로 되돌아오는 데 걸리는 시간
    • 지속(consistent) 연결 (HTTP 1.1)

E-mail, SMTP, IMAP

• E-mail
  • 사용자 에이전트, 메일 서버, SMTP로 구성되어 있다. 
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 
  • 수신자의 서버에 이메일 메시지를 전달/저장한다. 
  • HTTP와 비교했을 때 HTTP는 클라이언트가 pull하지만 SMTP에서는 클라이언트가 push 한다. 따라서 메일을 수신할 때는 IMAP나 HTTP를 사용해야 한다. 
  • 지속 연결을 사용한다.
  • CRLF.CRLF 로 메시지의 끝을 나타낸다.
• IMAP (Internet Mail Access Protocol)
  • 메시지를 불러오거나 삭제하거나 폴더로 이동할 수 있다. 

DNS (The Domain Name System)

• DNS는 다음과 같은 서비스를 제공한다.
  • hostname to IP address translation
  • host aliasing
  • mail server aliasing
  • load server distribution
• 분산 계층 데이터베이스
  • 루트 DNS 서버(Root) -> 최상위 레벨 도메인 (Top Level Domain) -> 책임 DNS 서버 (Authoritative)
• DNS 레코드
  • 호스트 이름을 IP 주소로 매핑하기 위해 자원 레코드(resource record, RR)를 저장한다. 
  • 자원레코드의 포맷: (name, value, type, ttl)

Video Streaming과 CDN (Content Distribution Networks)

• DASH (Dynamic, Adaptive, Streaming over HTTP)
  • 서로 다른 인터넷 접속 회선을 가진 클라이언트들에게 서로 다른 인코딩률을 갖는 비디오를 선택할 수 있도록 한다. 
  • HTTP 서버는 비트율에 따른 각 버전의 URL을 제공하는 매니페스트 파일(manifest file)을 갖고 있다. 
• CDN
  • 전 세계의 사용자들에게 많은 양의 비디오 데이터를 분배하는 문제를 해결하기 위해 사용한다.
  • CDN은 다수의 지점에 분산된 서버들을 운영하며, 비디오 및 다른 형태의 웹 콘텐츠 데이터의 복사본을 분산 서버에 저장한다. 
  • 서버의 위치에 대해 2가지 방법을 채용한다.
    • Enter Deep: 서버 클러스터를 세계 곳곳의 접속 네트워크에 구축 -> ISP의 접속 네트워크로 깊숙이 들어감 -> 서버를 최대한 사용자 가까이에 위치시켜 사용자와 CDN 서버 사이의 링크 및 라우터 수를 줄이고, 사용자가 경험하는 지연 시간 및 처리율 개선
    • Bring Home: 적은 수의 핵심 지점에 큰 규모의 서버 클러스터를 구축 -> ISP를 Home으로 가져옴