HTTP는 시대가 지남에 따라 많은 발전이 이루어졌다.
초기엔 어떤 문제가 있었고, 그러한 문제들을 어떻게 해결했는지 의문이 들어 조사해보았다!

HTTP 통신의 전체적인 흐름

HTTP 통신은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

1. URL 입력과 파싱

   • 브라우저에 URL을 입력
   • 브라우저가 URL을 파싱하여 프로토콜, 도메인, 경로를 추출

2. DNS 조회

   • 도메인에 대한 IP 주소를 찾음
   • 로컬 캐시, 운영체제 캐시, ISP의 DNS 서버 순으로 조회

3. TCP 연결 설정

   • 서버와 TCP 3-way handshake를 수행
   • SYN, SYN-ACK, ACK 순서로 진행

4. TLS 협상 (HTTPS의 경우)

   • 암호화 알고리즘을 협상
   • 서버가 인증서를 전송하고 클라이언트가 확인
   • 세션 키를 생성

5. HTTP 요청 전송

   • 브라우저가 HTTP 요청 메시지를 생성
   • 생성된 요청을 서버로 전송

6. 서버의 요청 처리

   • 웹 서버가 요청을 수신하고 파싱
   • 필요시 애플리케이션 서버로 요청을 전달
   • 비즈니스 로직 처리 및 데이터베이스 조회를 수행

7. HTTP 응답 생성 및 전송

   • 서버가 HTTP 응답 메시지를 생성
   • 생성된 응답을 클라이언트로 전송

8. 브라우저의 응답 처리

   • 브라우저가 응답을 수신하고 파싱
   • 상태 코드를 확인하고 적절히 처리
   • 응답 헤더를 처리

9. 리소스 로딩 및 렌더링

   • HTML을 파싱하여 DOM 트리를 구축
   • CSS를 처리하여 CSSOM을 생성
   • DOM과 CSSOM을 결합하여 렌더 트리를 생성
   • 레이아웃을 계산하고 페인팅을 수행

10. JavaScript 실행

    • HTML 파싱 중 script 태그를 만나면 JavaScript를 실행
    • DOM 조작, 이벤트 핸들러 등록 등을 수행

11. AJAX 요청 (필요한 경우)

    • JavaScript에서 추가적인 HTTP 요청을 생성
    • 데이터를 가져오고 처리

12. 연결 종료 또는 유지

    • keep-alive 헤더에 따라 연결을 유지하거나 종료
    • 연결 종료 시 TCP 4-way handshake를 수행

이 흐름은 HTTP/1.1 기준이며, HTTP/2나 HTTP/3에서는 일부 단계가 최적화되거나 병렬로 처리된다

HTTP/2 통신의 전체적인 흐름

HTTP/2는 성능 개선을 위해 다음과 같은 특징을 가진다.

1. 멀티플렉싱

   • 단일 TCP 연결에서 여러 요청과 응답 동시 처리
   • HOL(Head of Line) 블로킹 문제 해결

2. 서버 푸시

   • 클라이언트 요청 없이 서버가 리소스 미리 전송
   • 페이지 로딩 시간 단축

3. 헤더 압축

   • HPACK 알고리즘을 사용하여 헤더 압축
   • 네트워크 오버헤드 감소

4. 스트림 우선순위 지정

   • 리소스에 우선순위 부여
   • 중요한 리소스 우선 처리

HTTP/2의 통신 흐름

1. TCP 연결 설정

   • 기존 HTTP/1.1과 동일하게 TCP 연결 설정

2. TLS 협상 (HTTPS의 경우)

   • ALPN(Application-Layer Protocol Negotiation)을 통해 HTTP/2 사용 협상

3. HTTP/2 세션 설정

   • 클라이언트와 서버가 HTTP/2 세션 초기화
   • SETTINGS 프레임을 교환하여 세션 매개변수 설정

4. 스트림 생성 및 요청 전송

   • 클라이언트가 새로운 스트림 생성
   • HEADERS 프레임과 DATA 프레임을 사용하여 요청 전송

5. 서버 처리 및 응답

   • 서버가 요청 처리 및 응답 생성
   • 응답도 HEADERS 프레임과 DATA 프레임으로 전송

6. 멀티플렉싱 처리

   • 여러 요청과 응답 동시 처리
   • 각 스트림에 ID 부여하여 구분

7. 서버 푸시 (선택적)

   • 서버가 클라이언트에게 추가 리소스 푸시
   • PUSH_PROMISE 프레임 사용

8. 연결 유지 및 종료

   • 장기간 연결 유지하여 재사용
   • GOAWAY 프레임을 사용하여 연결 정상 종료

하지만 이러한 개선에도 TCP 자체의 HOL 문제가 남아있었고, 이를 보완하기위한 HTTP/3가 나오게된다.

HTTP/3 통신의 전체적인 흐름

HTTP/3는 QUIC 프로토콜을 기반으로 하며 다음과 같은 특징을 가진다.

1. UDP 기반 통신

   • TCP 대신 UDP 사용
   • 연결 설정 시간 단축

2. 내장된 TLS 1.3

   • 암호화와 인증 기본 제공
   • 연결 설정 단계 감소

3. 독립적인 스트림 처리

   • 각 스트림 독립적 처리
   • TCP HOL 블로킹 문제 완전 해결

4. 연결 마이그레이션

   • 클라이언트 IP 변경 시에도 연결 유지
   • 모바일 환경에서 안정적 연결 제공

HTTP/3의 통신 흐름

1. QUIC 연결 설정

   • UDP를 통해 QUIC 연결 설정
   • TLS 1.3 handshake 동시 수행

2. HTTP/3 세션 초기화

   • QUIC 스트림을 통해 HTTP/3 세션 초기화
   • SETTINGS 프레임 교환

3. 요청 전송

   • 새로운 QUIC 스트림 생성
   • HEADERS 프레임과 DATA 프레임으로 요청 전송

4. 서버 처리 및 응답

   • 서버가 요청 처리 및 응답 생성
   • 별도의 QUIC 스트림으로 응답 전송

5. 0-RTT 재연결 (선택적)

   • 이전 연결 정보를 사용하여 즉시 데이터 전송
   • 연결 설정 시간 추가 단축

6. 독립적 스트림 처리

   • 각 요청과 응답 독립적 처리
   • 한 스트림의 손실이 다른 스트림에 영향 없음

7. 연결 마이그레이션

   • 클라이언트 IP 변경 시 연결 ID를 사용하여 세션 유지

8. 연결 종료

   • QUIC 연결 종료 절차 수행
   • 정상적인 종료와 오류 상황 구분하여 처리

HTTP/3는 QUIC의 특성을 활용하여 더 빠르고 안정적인 웹 통신을 제공한다.
또한 TCP의 고질적 문제인 HOL을 QUIC의 UDP 사용을 통해서 해결했다!