[HTTP] HTTP 기본

모든 것이 HTTP

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HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)

문서 간에 링크를 통해 연결할 수 있는 프로토콜
하지만, 이제는 문서뿐 아니라 HTTP 메시지에 모든 것을 전송한다.

• HTML, TEXT
• IMAGE, 음성, 영상, 파일
• JSON, XML(API)
• 거의 모든 형태의 데이터가 전송 가능하다.
• 서버 간에 데이터를 주고받을 때도 대부분 HTTP를 사용한다.

HTTP의 역사

• HTTP/0.9 1991년 : GET 메서드만 지원, HTTP 헤더 X
• HTTP/1.0 1996년 : 메서드, 헤더 추가

• HTTP/1.1 1997년 : 가장 많이 사용하며, 우리에게 가장 중요한 버전
  • RFC2068 (1997) 👉 RFC2616 (1999)(개정) 👉 RFC7230~7235 (2014)(개정)
  • 1.1에 대부분의 기능이 들어갔고, 2와 3에서는 성능 개선에 초점이 맞춰져 있다.

• HTTP/2 2015년 : 성능 개선
• HTTP/3 진행 중 : TCP 대신에 UDP 사용, 성능 개선

기반 프로토콜

• TCP : HTTP/1.1, HTTP/2는 TCP 기반으로 동작한다.
• UDP : HTTP/3
• 현재 HTTP/1.1을 주로 사용한다.
  • HTTP/2, HTTP/3도 점차 증가하고 있다.

💡 어째서 HTTP/3는 UDP 기반이지?

기존 TCP는 3 way hanshake부터 내부적으로 포함하거나 추가해야 하는 작업들이 너무 많아서 신뢰성이나 연결성은 보장되지만 속도가 떨어진다. 그렇기에 UDP 프로토콜을 애플리케이션 레벨에서 재설계를 해서 나온 게 HTTP/3이다.

✅ HTTP 특징

• 클라이언트 서버 구조로 동작한다.
• 무상태 프로토콜(stateless), 비연결성
• HTTP 메시지를 통해서 통신을 한다(송/수신 모두)
• 단순함, 확장 가능

클라이언트 서버 구조

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HTTP는 클라이언트와 서버 구조로 되어있는데, HTTP는 클라이언트가 HTTP 메시지를 만들어 보내고, 서버에서 요청에 대한 응답이 올 때까지 기다린다.(Request) 그리고 서버는 요청에 대한 결과를 만들어서 응답(Response) 하는 구조인데, 어째서 이렇게 클라이언트와 서버를 분리해야만 할까?

각자의 역할에 집중할 수 있다.

• 클라이언트에서는 복잡한 비즈니스 로직이나 데이터를 다룰 필요 없고, UI를 그리는데 집중할 수 있다.

• 서버에서는 복잡한 비즈니스 로직이나, 데이터를 다루는 데만 집중하면 된다.
  👉 만약 트래픽이 폭주해 고도화가 필요한 경우 클라이언트는 신경 쓰지 않고 서버만 개선하면 된다.

정리

클라이언트와 서버를 독립적으로 구분한다는 것은 각자의 책임을 나눠 해당 책임에만 집중하여,
이슈가 생기거나 할 때 한 쪽에만 신경 쓰면 된다는 장점을 가진다.

Stateful, Stateless

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Stateful(상태 유지)

서버가 클라이언트의 상태를 보존한다.

즉, 클라이언트와 서버 간에 송/수신을 하며 단계별 과정을 진행하는데 서버에서 클라이언트가 이전 단계에서 제공한 값을 저장하고 다음 단계에서도 저장한 상태인 것.

그럼 문제가 무엇일까 ❓

서버가 멈추거나 하는 여러 이유로 다른 서버를 사용해야 한다면 이전 서버에서 가지고 있던 상태 값들을 가지고 있지 않기 때문에 에러가 발생한다.

예제

1. 서버가 문제없이 유지되는 경우

클라이언트: 변수 A에는 10만 원을 넣어줘.
서버: 변수 A에 10만 원을 넣겠습니다.

클라이언트: 변수 B에는 20만 원을 넣어줘.
서버: 변수 B에 20만 원을 넣겠습니다.

클라이언트: 변수 A와 B의 합은 뭐야?
서버: 변수의 합은 30만 원입니다.

2. 서버가 멈춰서 새로운 서버에 요청하는 경우

클라이언트: 변수 A에는 10만 원을 넣어줘.
서버 A: 변수 A에 10만 원을 넣겠습니다.

--서버 A 다운으로 서버 B로 교체--

클라이언트: 변수 B에는 20만 원을 넣어줘.
서버 B: 변수 B에 20만 원을 넣겠습니다.

클라이언트: 변수 A와 B의 합은 뭐야?
서버 B: 변수의 합을 계산할 수 없습니다.

새로운 서버로 변경되면서 기존 서버에 저장한 변수값을 새로운 서버에서는 알 수 없기에 에러가 발생한다.
(만약, 기존 서버에서 새로운 서버로 이전 데이터를 모두 전달해 준다면 문제가 없을 수 있다.)
즉, 항상 같은 서버가 유지되어야 한다.

Stateless(무상태)

서버가 클라이언트의 상태를 보존하지 않는다.
그렇기에 매번 요청에 모든 상태 값들을 전달해 줘야 한다.

예제

클라이언트: 변수 A에 10만 원을 넣어줘
서버 A: 변수 A에 10만 원을 넣겠습니다.

--서버 A 다운으로 서버 B로 교체--

클라이언트: 변수 B에는 20만 원을 넣어줘.
서버 B: 변수 B에 20만 원을 넣겠습니다.

클라이언트: 변수 A에 10만 원을 넣고 변수 B에는 20만 원을 넣고 곱을 계산해 줘
서버 C: 변수의 합은 200만 원입니다.

스케일 아웃 - 수평 확장 유리

• 서버의 변경이 용이하다는 것은 같은 기능을 하는 서버 어느 것을 선택해도 된다는 것.
• 그렇기에 서버의 수평 확장이 몹시 유리하다.

정리

• 상태 유지 : 중간에 서버가 변경되면 안 된다.

• 무상태 : 중간에 서버가 변경돼도 된다.
  • 클라이언트가 폭증해도 서버를 늘릴 수 있다.

• 무상태는 응답 서버를 변경하기가 쉽기에 서버 증설이 쉽다.

무상태의 실무 한계

• 모든 것을 무상태로 설계가 가능한 경우도 있고 없는 경우도 있다.

• 무상태
  • 로그인이 필요 없는 단순한 이벤트 페이지

• 상태 유지
  • 로그인을 해야 하는 경우

• 로그인한 사용자의 경우 해당 상태를 서버에 유지해야 한다.
• 일반적으로 브라우저 쿠키와 서버 세션 등을 사용해 상태를 유지한다.
• 상태 유지는 최소한으로만 사용한다.

• 보내야 하는 데이터가 너무 많다.
  • 매번 요청에 필요한 데이터를 전부 작성해야 하기 때문.

비 연결성(connectionless)

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TCP/IP는 연결을 유지하는 모델

• TCP/IP는 연결을 유지하는 모델이다.
• 클라이언트 1이 서버와 연결을 한 뒤 클라이언트 2에서 서버와 연결을 할 때도 클라이언트 1과 서버는 연결을 유지하고 있다. (이는 클라이언트 3의 경우도 마찬가지다.)

연결을 유지하지 않는 모델

• 클라이언트별로 서버와 연결을 유지하지 않을 경우 필요할 때만 연결을 하며 그 외에는 연결을 유지하지 않기 때문에 서버에서 사용해야 하는 자원이 훨씬 줄어든다.

HTTP의 비연결성

• HTTP는 기본이 연결을 유지하지 않는 모델이다.
• 일반적으로 초 단위 이하의 빠른 속도로 응답한다.
• 1시간 동안 수천 명 이상이 서비스를 사용해도 실제 서버에서 동시에 처리하는 요청은 수십 개 이하로 적다.
  EX) 웹 브라우저 검색 페이지에서 검색 버튼만 연타하면서 이용하지는 않는다.
• 서버 자원을 매우 효율적으로 사용할 수 있다.

비연결성의 한계와 극복

비연결성이 좋기만 한 것은아니다. 매번 새로 연결해야 한다는 것은 매 연결마다 들어가는 비용에 대해서 고려하지 않을 수 없다.

• TCP/IP 연결을 새로 맺어야 한다. - 3 way handshake 시간 추가
• 웹 브라우저로 사이트를 요청하면 HTML뿐 아니라 JavaScript, CSS, Image 등 수많은 자원들을 함께 다운로드한다.
• 지금은 HTTP 지속 연결(Persistent Connections)로 문제를 해결한다.
• HTTP/2, HTTP/3에서 더 많은 최적화.

HTTP 초기 - 연결, 종료 낭비

HTTP 초기에는 모든 자료에 대해서 비연결성으로 각각의 자원에 대해 연결/응답/종료를 반복하다 보니 대략적으로 1초가량 소모되었다고 한다. 그럼 이 경우 HTTP 지속 연결을 하면 어떻게 될까?

HTTP 지속 연결(Persistent Connections)

클라이언트는 서버와 연결을 한 다음 필요한 자원을 요청/응답으로 다운로드한다.

HTTP 초기와 차이점으로 연결이 종료되는 것이 아니라 필요한 자원들을 모두 다운로드할 때까지 연결이 종료되지 않고 요청/응답이 반복된 뒤 종료된다. 그럼으로써 속도 자체가 더 빨라졌다.

💡 Stateless(무상태)를 기억하자

실무 상황에서 특정 시간에 발생하는 대용량 트래픽에 대해서 대응해야 하는 경우가 생긴다
(Ex: 선착순 이벤트, 명절 KTX 예약)
이럴 경우 수천, 수만 명 이상이 동시에 접속을 하면서 서버에 과부하가 걸리는 경우가 있는데,
이 경우 무상태 페이지를 활용해 페이지 접속 인원을 분산해서 대용량 트래픽을 분산시키면 좋다.

HTTP 메시지

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HTTP 메시지 구조

• 공백 라인은 필수 정보

HTTP 헤더

• header-field = field-name":" OWS field-value OWS
  • OWS WW: 띄어쓰기 허용
• field-name은 대소문자 구분이 없다.

HTTP 헤더 용도

• HTTP 전송에 필요한 모든 부가정보
  • 메시지 바디의 내용, 메시지 바디의 크기, 압축, 인증, 요청 클라이언트(브라우저) 정보 등.
• 표준 헤더가 너무 많다.
• 필요한 경우 임의의 헤더 추가 가능
  • helloworld: hihi

HTTP 메시지 바디 용도

• 실제 전송할 데이터
  • HTML 문서, 이미지, 영상, JSON 등 byte로 표현할 수 있는 모든 데이터 전송이 가능하다.

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HTTP 요청 메시지

• 요청 메시지의 시작 라인에 전송 타입과 패스, 쿼리 스트링, HTTP 버전 같은 정보를 담는다.
• 헤더에는 기타 정보를 담는다.
• 전송할 데이터가 없으면 공백 이후 무언가 추가할 필요는 없다.

시작 라인

• start-line = request-line / status-line
• request-line = method SP request-target SP HTTP-version CRLF
  • SP : 공백(Space)
  • CRLF : 엔터(개행)

• HTTP 메서드(GET : 조회)
  • 종류 : GET, POST, PUT, DELETE
  • 서버가 수행해야 할 동작을 지정한다.
    • GET : 리소스 조회
    • POST : 요청 내역 처리

• 요청 대상(/search?q=hello&hl=ko)
  • absolute-path[?query](절대 경로[?쿼리])
  • 절대 경로 = "/"로 시작하는 경로
  • *, http://...?x=y와 같이 다른 유형의 경로 지정 방식도 있다.

• HTTP Version

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HTTP 응답 메시지

• 시작 라인에는 HTTP 버전과 Status Code 등을 담는다
• 헤더에는 기타 정보를 담는다.
• Body에 요청한 자원을 담는다. (ex: HTML)
• 공식 스펙

HTTP-message = start-line
			   *(header-field CRLF)
			   *CRLF
			   [ message - body ]

시작 라인

• start-line = request-line / status-line
• status-line = HTTP-version SP status-code SP reason-phrase CRLF
• HTTP 버전
• HTTP 상태 코드: 요청 성공, 실패를 나타낸다.
  • 200 : 성공
  • 400 : 클라이언트 요청 오류
  • 500 : 서버 내부 오류
• 이유 문구 : 사람이 이해할 수 있는 짧은 상태 코드 설명 글

단순함 확장 가능

• HTTP는 몹시 단순하고 스펙도 볼만하다.
• HTTP 메시지도 매우 단순하다.
• 정리하면 단순하기에 확장이 쉽고 유연한 기술이다.