📌Chapter 2. 애플리케이션 계층

📖 2.1 네트워크 애플리케이션의 원리

• 네트워크 코어를 몰라도 종단 시스템에서 동작하고 네트워크를 통해 서로 통신하는 프로그램을 작성하면 된다.
• 예를 들어, 웹 애플리케이션에는 서버와 클라이언트로 구별된다.
  

2.1.1 네트워크 애플리케이션 구조

• 애플리케이션 구조 : 애플리케이션 개발자에 의해 설계되고 종단 시스템에서 어떻게 조작되어야 하는지 지시한다.

1. 클라이언트-서버 구조
   • 서버(Server) : 항상 켜져 있는 호스트
   • 클라이언트(Client) : 서버에 요청하는 호스트
   • 직접 통신 X -> 패킷을 보내서 통신한다.
   • 하나의 서버 호스트는 클라이언트의 모든 요청 응답 불가 -> 데이터 센터 사용 (가상 서버 생성)

2. P2P 구조 : 피어(Peer)라는 간헐적으로 연결된 호스트 쌍이 직접 통신한다.
   • 서버에 최소(혹은 전혀 의존 X)
   • 자가 확장성(self-scalability)를 갖는다.
     -> peer가 다른 peer에게로 증식

2.1.2 프로세스 간 통신

• 통신 프로세스가 같은 종단 시스템에서 통신한다.
  -> 무엇을 통해? 메세지(Message)

• 클라이언트와 서버 프로세스
  -> 네트워크 애플리케이션은 네트워크에서 서로 메시지를 보내는 두 프로세스로 구성된다.
  예를 들어, 웹 애플리케이션에서 클라이언트 브라우저 프로세스 - 웹 서버 프로세스와 메세지로 통신한다.

  • 두 프로세스 간의 통신 세션에서 통신을 초기화(다른 프로세스와 세션을 시작하려고 접속을 초기화)하는 프로세스를 클라이언트라하고 세션을 시작하기 위해 접속을 기다리는 프로세스를 서버라고 한다.

• 프로세스와 컴퓨터 네트워크 사이의 인터페이스

  • 프로세스는 소켓(socket)을 통해 네트워크로 메시지를 주고 받는다.
  • 프로세스는 집(house)이고 소켓은 출입구(door)로 비유된다.
    -> 프로세스가 메시지를 다른 호스트의 프로세스로 보내고 싶을 때，그것은 출입구(소켓) 바깥 네트워크로 메시지를 밀어낸다.
  • 소켓은 호스트의 애플리케이션 계층과 트랜스포트 계층 간의 인터페이스다.
    -> 애플리케이션과 네트워크 사이의 API (Application Programming Interface)라고도 한다.
  • 애플리케이션 개발자는 소켓의 트랜스포트 계층에 대한 대부분의 통제권은 갖지 못한다.
    그러나, 두가지 통제권을 갖는다.
    1. 트랜스포트 프로토콜의 선택
    2. 최대 버퍼와 최대 세그먼트 크기와 같은 트랜스포트 계층 매개변수의 설정
       -> 보통은 운영체제에서 정함

  

• 프로세스 주소 배정

  • 패킷을 수신 프로세스에 보내기 위해서 두가지를 알아야 한다.
    1. 호스트 식별자 -> IP주소
    2. 목적지 호스트 내의 수신 프로세스 식별자 -> Port번호

2.1.3 애플리케이션이 이용 가능한 트랜스포트 서비스

1. 신뢰적 데이터 전송
2. 처리율
3. 시간
4. 보안

• 신뢰적 데이터 전송
  • 패킷들은 컴퓨터 네트워크 내에서 손실될 수 있다.
    -> 라우터 버퍼 오버플로우, 패킷의 비트가 잘못되면 호스트 혹은 라우터에서 버려질 수 있다.
  • 트랜스포트의 특정 프로토콜이 보장된다면 신뢰적 데이터 전송을 애플리케이션에게 제공한다.

• 처리량
  • 통신 세션에서 송신 프로세스가 수신 프로세스로 비트를 전달할 수 있는 비율을 나타낸다.
  • 가용 가능한 처리율은 시간에 따라 변동된다.
    -> 트랜트포트 프로토콜은 이를 관찰하여 가용 처리율을 제공한다.
  • 만약 애플리케이션이 필요로 하는 처리율을 제공할 수 없다면 대역폭 민감 애플리케이션(bandwidth-sensitive application)이라고 한다.
  • 반대로 처리율과 상관 없는 애플리케이션이라면 탄력적 애플리케이션(elastic application)이라고 한다.
• 시간
• 보안
  • 송신 호스트에서 트랜스포트 프로토콜은 송신 프로세스가 전송하는 모든 데이터를 암호화할 수 있고
  • 수신 호스트에서 트랜스포트 프로토콜은 그 데이터를 수신 프로세스로 전달하기 전에 데이터의 암호를 해독할 수 있다.

2.1.4 인터넷 전송 프로토콜이 제공하는 서비스

인터넷(그리고 일반적인 TCP/IP 네트워크)은 애플리케이션에게 2개 의 전송 프로토콜, 즉 UDP (User Datagram Protocol)와 TCP (Transmission Control Protocol)를 제공한다.

• TCP 서비스
  • 연결지향형 서비스
    애플리케이션 계층 메시지를 전송하기 전에 TCP는 클라이언트와 서버가 서로 전송 제어 정보를 교환하도록 한다. 이 핸드세이킹 과정이 클라이언트와 서버에 패킷이 곧 도달할 것이니 준비하라고 알려 주는 역할을 한다.
    -> TCP 연결이 두 프로세스의 소켓 사이에 존재한다고 얘기한다.
    -> 애플리케이션이 메시지 전송을 마치면 연결을 끊어야 한다.
    
    
  • 신뢰적인 데이터 전송 서비스
    통신 프로세스는 모든 데이터를 오류 없이 올바른 순서로 전달하기 위해 TCP에 의존한다. TCP는 애플리케이션의 한쪽이 바이트 스트림을 소켓으로 전달하면 그 바이트 스트림을 손실하거나 중복되지 않게 수신 소켓으로 전달한다.
    
    
  • 혼잡제어 방식, 즉 통신하는 프로세스의 직접 이득보다는 인터넷의 전체 성능 향상을 위한 서비스를 포함한다.
    
    
• 보안 TCP
  • TCP를 강화한 SSL (Secure Sockets Layer)을 개발하였다. SSL로 강화된 TCP는 전통
    적인 TCP가 하는 모든 것을 할 뿐만 아니라 암호화, 데이터 무결성 그리고 종단 인증을 포함히는
    중요한 프로세스 대프로세스 보안 서비스를 제공한다.
  • 애플리케이션 계층에서 TCP를 강화한 것이다.
    
    
• UDP 서비스
  • UDP는 최소의 서비스 모델을 가진 간단한 전송 프로토콜이다
    -> 비연결형, 핸드셰이킹 X, 신뢰성 X, 혼잡제어 X

2.1.5 애플리케이션 계층 프로토콜

메시지는 어떻게 구성되는가? 메시지의 여러 필드가 의미하는 것은 무엇인가? 프로세스는 메시지를 언제 보내는가?
-> 애플리케이션 계층 프로토콜은 애플리케이션의 프로세스가 서로 메시지를 보내는 방법을 정의한다.

1. 교환 메시지 타입(예: 요청 메시지와 응답 메시지)
2. 여러 메시지 타입의 문법(예: 메시지 내부의 필드와 필드 간의 구별 방법)
3. 필드의 의미, 즉 필드에 있는 정보의 의미
4. 언제, 어떻게 프로세스가 메시지를 전송하고 메시지에 응답하는지 결정하는 규칙

애플리케이션 계층 프로토콜은 RFC에 명시되어 있다.