[Network] 웹 애플리케이션 작동 원리

hyoreal·2022년 8월 2일
AdressDNSDomain NameSSR CSRTCP/UDParchitecturenetworkport numbertcp ipurl
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[Network]

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Web-Application

  • Appication

    • 사용자나 다른 응용 프로그램에게 특정한 기능을 수행하도록 하는 프로그램

  • Native-Application

    • 특정 기기에 설치하여 사용하는 애플리케이션
    • 특정 실행 환경에 종속됨(iOS, OS, Windows 등)
    • 특정 실행 환경에 설치되도록 만들어진 앱은 다른 실행 환경에서는 실행 불가
    • Native-Applicaiton 장점
      • 웹 애플리케이션보다 빠름
      • 애플리케이션이 설치된 기기의 시스템/리소스 접근에 용이
      • 인터넷이 없어도 사용가능
      • 웹 애플리케이션에 비해 안전함
    • Native-Application 단점
      • 웹 애플리케이션에 개발 비용이 더 들어감
        • 특정 실행환경에 따라 개발을 각각 해야하기 때문
      • 빠른 업데이트가 힘듦

  • Web-Application

    • 웹 브라우저를 통해 접근하는 애플리케이션
    • 정적 웹사이트의 한계를 벗어나 웹 브라우저를 통해 다양한 동적 응답을 가능하게 한 애플리케이션

  • Web-Application 장점

    • 브라우저만 있다면 실행 가능
      • 설치 및 다운로드 필요 X
    • 업데이트 및 유지보수 용이
    • 네이티브 애플리케이션에 비해 개발하기 쉬움

  • Web-Application 단점

    • 인터넷 없이 사용 불가
    • 네이티브 애플리케이션에 비해 속도 저하
    • 사용자 접근성 저하
    • 보안상 위험에 노출 쉬움

LAN / WAN

  • LAN

    • 좁은 범위에서 연결된 네트워크
    • Local Area Network 를 줄여서 LAN
    • LAN을 연결하는 선이 랜선, 랜 케이블

  • WAN

    • 수많은 LAN이 모여 세계의 네트워크를 구성하는 네트워크
    • Wide Area Network를 줄여서 WAN

Internetworking

  • 네트워크를 확장하는 방법

    • 한 네트워크를 확장
    • 네트워크와 네트워크를 연결(Internetworking)

  • 인터네트워킹(Internetworking)

    • 여러 네트워크를 연결하는 것
    • 우리가 일상적으로 사용하는 인터넷이 바로 인터네트워킹에서 따온것
    • 전 세계적으로 인터네트워킹하는것이 인터넷(The Internet)

  • 인터네트워킹의 장점

    • 인터네트워킹에서 일부가 고장이 나도 광범위하게 퍼지지 않음
    • 불필요한 통신이 네트워크 전체로 확산되지않음
    • 개별 네트워크를 각각 방침에 따라 관리가 가능

Protocol

  • 프로토콜(Protocol)

    • 인터넷에 연결된 컴퓨터끼리 일관된 네트워크를 사용, 소통을 위한 공통된 약속
    • TCP/IP 프로토콜이 주로 사용

TCP / IP

  • Internet Protocol Suite(인터넷 통신 스위트)
    • 인터넷에서 컴퓨터들이 정보를 주고받는데 쓰이는 통신규약모음
    • 다른 컴퓨터나 윤영체제, 회선간의 통신이 가능하게 함
    • TPC(Transmission Control Protocol) / IP(Internet Protocol)
      • 인터넷이 처음 시작하던 때 정의되어 현재까지 사용하고있다.

TCP/IP 4계층주요 프로토콜데이터단위전송주소역할장비
응용계층 (Application)HTTP, DNS, FTP, ...Data/ Message-애플리케이션 맞춰 소통-
전송계층(Transport)TCP, UDP, ...SegmentPortIP와 애플리케이션을 중개해 데이터를 확실하게 전달게이트웨이
인터넷계층(Internet)IP, ICMP, ARP, RARP, OSPFPacketIP네트워크 주소를 기반으로 데이터 전송라우터
네트워크 접근계층 (Network Access)Ethernet, PPP, Token Ring ,..FrameMAC컴퓨터를 물리적으로 네트워크에 연결해서 기기간 전송 가능하게브리지, 스위치

  • TCP/IP가 계층화된 메리트

    • 계층화로 인한 사양이 변경된 해당 계층만 바꿔줌 (유지보수성)
    • 각 계층의 내부는 자유롭게 설계 가능
      • 각 계층은 계층이 연결된 부분만 결정되어있기때문
    • 설계에 대한 편안함
      • 자신이 담당한 부분만 고려하면 됨

  • TCP / IP 4계층

    • 응용계층(Application Layer) : 유저에게 제공되는 애플리케이션에서 사용하는 통신 움직임 결정
    • 전송계층(Transport Layer) : 응용계층에 네트워크로 접속된 2대의 컴퓨터사이의 데이터흐름 제공
    • 인터넷계층 : 네트워크상에서 패킷의 이동을 다룸
      • Packet : 전송 데이터 최소단위
    • 네트워크 접근 계층 : 하드웨어 부분을 다룸.

Adress

  • IP adress(Internet Protocol adress, IP주소)

    • 네트워크에 연결된 특정 PC의 주소를 나타내는 체계
    • 컴퓨터나 핸드폰, 서버, 인터넷 라우터 등 네트워크 장비에 각각마다 IP주소 할당
    • private IP주소 : LAN 네트워크 내부에서 사용되는 주소
    • public IP주소 : 인터넷에서 사용

    • IPv4(Internet Protocol version 4)
      • 000.000.000.000 와 같이 4개의 숫자로 구분
      • IP 주소체계의 4번째 버전을 뜻함
      • localhost : 현재 사용중인 로컬 PC 지칭. 127.0.0.1
      • broadcast address
        • 로컬 네트워크에 접속된 모든 장치와 소통 주소
        • 서버에서 접근 가능 IP주소를 broadcast adress로 지정하면 모든 기기에서 서버에 접근 가능
        • ex) 0.0.0.0, 255.255.255.255

    • IPv6(Internet Protocol version 6)
      • IPv4로 할당할 수 있는 PC가 한계를 넘어서고 IPv6 등장
      • 2¹²⁸개의 IP주소 표현 가능
      • 하지만 아직 IPv4를 많이 사용
        • 아직은 IPv4가 사용할만하기때문

  • MAC 주소

    • 각 네트워크 기기에는 제조사에서 할당하는 고유 시리얼 번호
    • IP주소만으로는 네트워크상에서의 송수신 불가능
    • MAC주소를 IP주소와 조합해야 네트워크 통신이 가능
      • 이더넷에서는 네트워크상의 송수신 상대를 특정하고자 MAC주소를 사용하고, TCP/IP에서는 IP주소를 사용하기 때문

    • ARP(Adress Resolution Protocol)
      • MAC의 주소를 파악하기 위해 네트워크 전체에 브로드캐스트를 통해 패킷을 보내고, 해당 IP를 가지고 있는 컴퓨터가 자신의 MAC주소를 응답하게 되어 통신할수 있게 해주는 프로토콜
      • 같은 LAN에서 속해있는 기기들이 통신할때 우선 MAC 주소를 파악에 사용

  • Packet

    • 기기끼리의 통신
      • 회신교환
        • 음성전화시스템에 사용
        • 1대1로 데이터를 교환하고 통화중에는 다른 사람과의 통화는 불가능
        • 컴퓨터네트워크는 동시에 여러 상대와 통신이 가능해야하기에 맞지않음

      • Packet교환
        • 원본 데이터를 packet이라는 단위로 나누고 여러 회신을 공용해 통신
        • 하나의 패킷은 header와 payload로 구성
        • header에는 어떤 데이터의 몇번째 데이터인지, 보내는곳이나 최종 목적지에 대한 정보가 있음.

IP 주소 구조

  • IPv4주소 : 000.000.000.000 의 구조
    • 10진수로 표현되어있지만 실상은 마침표로 구분된 4개의 8비트 필드
    • 8비트 필드 : 8자리 2진수
      • 각 8비트 필드는 IPv4에서 1바이트
    • 네트워크부, 호스트부로 나뉨
      • 네트워크부 : 어떤 네트워크인지
      • 호스트부 : 그 네트워크 안의 특정 컴퓨터 지칭 정보
  • subnet mask
    • IPv4에서 네트워크부가 어디까지인지 나타내는 것
    • IPv4주소는 4개의 옥텟으로 이루어짐
    • 각각 1옥텟, 2옥텟, 3옥텟, 4옥텟으로 구분
      • 1옥텟 ~ 3옥텟 : 네트워크부로 사용하는 서브넷 마스크
      • 4옥텟 : 호스트부
      • 옥텟 : 8자리의 2진수 묶음

IP 주소 할당 및 관리

  • MAC주소는 처음부터 주어지지만 IP주소는 할당되는 것

    • 할당될때는 호스트부를 변경해가며 IP할당이 이뤄짐
      • 호스트부 0 : 네트워크 주소로, 그 네트워크를 의미
      • 호스트부 1 : 브로드캐스트 주소, ARP와 같은 기능
      • 호스트부는 8자리 2진수, 즉 8비트 필드이므로 시작(0)과 끝(255)숫자를 제외한 번호만 할당 가능

  • IP 프로토콜 한계

    • 비연결성 : 패킷을 받을 대상이 없거나 특정 이유로 서비스 불능 상태여도 데이터를 받는 상대의 상태파악이 불가하여 패킷을 그대로 전송하는 비연결성
    • 비신뢰성 : 중간에 패킷이 사라져도 파악 불가

IP주소 참조자료

TCP / UDP

TCP (Transmission Control Protocol)UDP (User Datagram Protocol)
서비스 타입연결 지향적 프로토콜데이타그램 지향적 프로토콜
신뢰성데이터 전송 표적 기기까지 전송 보장표적 기기까지 전송보장X
순서 보장전송하는 패킷 순서 보장패킷 순서 보장X. 패킷순서를 보장하고싶으면 애플리케이션 레이어에서 관리
속도UDP보다 느림TCP보다 빠르고 단순하며 효율적인 속도
  • TCP / UDP
    • IP프로토콜의 한계를 극복하기 위함
    • TCP와 UDP는 TCP/IP 4계층 기준 전송계층에서 동작
      • 전송계층의 TCP와 UDP는 2계층(인터넷 계층)에서 동작하는 IP와 4계층(응용계층)에서 동작하는 애플리케이션 중개 역할
    • 웹 애플리케이션에서 많이 사용하는 HTTP의 경우 모든 데이터를 제대로 송수신해야하기에 TCP가 적합

  • TCP 3-way handshake
    • TCP / IP 프로토콜을 이용해서 통신하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기 전, 먼저 정확한 전송 보장위해 상대 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정
    • 장치들 사이 논리적인 접속 성립위해 사용

  • TCP 3-way handshake 역할

    • 양쪽 모두 데이터를 전송할 준비가 된것을 보장
    • 실제로 데이터 전달이 시작하기 전에 한쪽이 다른 쪽이 준비되었다는 것을 알 수 있도록 함
    • 양쪽 모두 상대에 대한 초기 일련번호를 얻을 수 있도록 함.

  • TCP 3-way handshake 과정

    • A : 클라이언트 / B : 서버

    1. A가 B에 접속요청 SYN패킷 보냄.
      - 이 때 A는 SYN를 보내고 응답을 기다리는 SYN_SENT 상태

    2. B가 SYN요청을 받고 A에게 요청수락 ACK와 SYN flag가 설정된 패킷 발송 및 응답 기다림.
      - B는 SYN_RECEIVED 상태

    3. A는 B에게 ACK을 보내고 그 후로는 연결이 이뤄지며 데이터 송수신 가능.
      - 이때 B는 ESTABLISHED 상태

  • UDP
    • 애플리케이션 정교 제어 가능
    • 연결 설정에 무관
      • UDP는 예비과정 없이 바로 전송 시작.
      • 반응속도가 빠름

PORT

  • PORT 번호
    • 대상 IP기기의 특정 어플리케이션을 특정하는 번호
    • TCP와 UDP 모두 포트번호 사용
    • 포트번호는 0~65,535까지 사용 가능
      • 0 ~ 1023번까지의 포트번호는 주요 통신을 위한 규약에 따라 이미 정해짐
Port number rangedescription
Well-known port0 ~ 1023시스템 사용 변호 (슈퍼유저 권한 필요) 사용권장X
Registered port1024~ 49151특정 프로토콜이나 어플리케이션에서 사용하는 번호. (슈퍼유저 권한 필요X)
Dynamic port49152 ~ 65535어플리케이션에서 혹은 임시 사용 번호

  • 자주 사용되는 well-known port
Port noProtocol nameTransport protocoldescription
80HTTPTCP웹서버 접속
443HTTPSTCP웹서버 접속(SSL)
110POP3TCP메일읽기
25SMPTTCP메일서버간 메일 전송
22SSHTCP컴퓨터 원격 로그인
53DNSUDPDNS 질의
123NTPTCP시간 동기화

그 외의 포트 넘버

URL

  • URL(Uniform Resourse Locator)

    • 웹에 게시된 어떤 자원을 찾기 위한 브라우저에서 사용되는 메커니즘
    • 웹페이지, 이미지, 동영상 등의 파일이 위치한 정보를 나타냄.
    • scheme, hosts, url-path로 구분
      • scheme : 통신방식(프로토콜)결정. http(s)
      • hosts : 웹서버 이름, 도메인, IP를 사용하여 주소 나타냄.
      • url-path : 웹서버에서 지정한 루트 디렉토리부터 시작, 웹페이지, 이미지, 동영상 등이 위치한 경로와 파일명 나타냄
    • query : 웹서버에 보내는 추가적인 질문

  • URI : 웹서버에 검색창을 클릭하면 나타나는 주소, URL을 포함하는 상위 개념

Domain Name

  • Domain

    • 특정 사이트에 진입 시, IP주소를 대신하여 사용하는 주소
    • 즉 해당 주소에 위치한 상호와 같음

    • 도메인은 ICANN이라는 비영리 단체에서 관리
    • 그 밖의 조직 registry, registrar
      • registry : 도메인 관리 기관. 도메인정보의 DB 관리
      • registrar : 중개 등록 업체. redistry의 DB에 직접 도메인 정보 등록 가능

  • 도메인 종류

    • gTLD - generic Top Level Domain
      • 전 세계에서 등록 가능한 .com, .net, .edu, .gov, .int, .mil, .biz, .name, .info 등이 있음
      • VERISIGN등의 회사 : registrar
      • 국내 ICANN 인증 redistrar : 가비아, 후이즈 등

    • ccTLD - country code Top Level Domain
      • .kr,.us,.jp 등 200개 이상 있음
      • 각국 네트워크 정보센터에서 위임받아 관리
      • .kr 경우
        • 한국인터넷진흥원 : registry
        • registrar : 가비아, 후이즈 등

DNS

  • DNS(Domain Name System)
    • 호스트의 도메인이름을 IP주소로 변환하거나 반대의 경우를 수행할 수 있도록 개발된 데이터베이스 시스템
    • 사람이 기억하기 쉬운 언어로 된 도메인을 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 변환하여 도달하게 해주는 시스템
    • 네트워크상에 존재하는 모든 PC는 IP주소가 있음
    • 로컬PC를 제외한 모든 도메인 이름은 일정기간동안 대여하여 사용
  • 매칭방법
    • 브라우저의 검색창에 도메인 이름을 입력하여 해당 사이트로 이동하기 위해서는 해당 도메인과 매칭된 IP주소를 확인하는 작업 필요, 이를 위한 서버 존재

WEB

  • 웹(WED)
    • 인터넷 제공 하이퍼텍스트 시스템
    • 웹은 HTML로 대표되는 하이퍼텍스트 언어와 인터넷이 융합하여 탄생
      • 하이퍼텍스트 : 문서 안에 다른 문서의 위치정보 등을 포함하여 문서 간의 정보를 서로 연관지어 참조할 수 있는 문서
    • HTML
      • 운영체제나 애플리케이션에 상관없이 일정한 형식으로 출력되게 하는 개념
      • 운영체제나 애플리케이션이 달라도 브라우저만 있으면 모두가 동일한 정보를 볼 수 있도록 함

Client Server Architecture

  • 클라이언트-서버 아키텍처(or 2-Tier Architecture)
    • 정보가 담긴 리소스와 리소스를 사용하는 앱을 분리시킨것
    • 클라이언트는 웹에서 제공되는 서비스를 이용하고 서버가 서비스를 제공하는 구조
      • 클라이언트
        • 리소스를 사용하는 앱
        • 사용자가 직접 이용
        • 사용 편의성이나 휴대성을 고려하여 개발
      • 서버
        • 정보가 담긴 리소스를 제공
        • 유지보수하는 때를 제외하고는 쉬지않고 작동해야함
        • 사용자와 직접 접점이 없기에 편의성보다는 기능 위주 개발
  • 3-Tier Architecture
    • 기존 2티어 아키텍처에 데이터베이스를 추가한 형태
      • 일반적으로 서버는 리소스를 전달해주는 역할
      • 데이터베이스 : 리소스를 저장해두는 공간

    • 프론트엔드 개발자
      • 클라이언트처럼 사용자가 직접 눈으로 보고, UI를 클릭, 터치 등 상호작용을 하는 앱을 개발

    • 백엔드 개발자
      • 사용자 눈에 보이지 않지만 상품정보를 API로 노출하거나 로그인/로그아웃, 권한 관리 등의 사용자 인증을 주로 다루는 개발
      • 데이터베이스 등의 시스템 설계까지 도맡아서 하는 경우도 많음

  • Client
    • 클라이언트는 플랫폼에 따라 구분
    • 웹사이트, 웹 앱 : 브라우저 주로 이용하는 웹 플랫폼에서의 클라이언트
    • iOS나 안드로이드와 같은 스마트폰/태블릿 플랫폼, 윈도우와 같은 데스크탑 플랫폼에서 사용하는 앱 역시 클라이언트

  • Server
    • 서버는 동작에 따라 구분
    • 파일서버 : 파일을 제공하는 앱
    • 웹서버 : 웹사이트를 필요로 하는 정보들을 제공하는 앱
    • 메일서버 : 메일을 주고받도록 도와주는 앱

Web Application Architecture

  • 웹사이트 : 정적 페이지들의 집합체

  • 웹 애플리케이션 : 웹사이트가 정적페이지들 뿐만 아니라 동적 페이지를 포함한것
    • 데스크탑 애플리케이션처럼 상호작용 가능
    • 특정 기능 갖고있음 (정보검색 등)
    • 정보나 자료 등의 콘텐츠 관리 시스템과 함께 작동
    • 현재 만들어지는 대부분의 웹사이트들

  • Web Application Architecture
    • 유저가 웹브라우저에서 요청 시, 애플리케이션의 다양한 요소들이 상호작용함
      • 다양한 요소 : 브라우저, 유저 인터페이스, 미들웨어, 서버, 데이터베이스
    • 웹 애플리케이션 아키텍처는 이 요소들이 상호작용을 유지하도록 서로를 결부시키는 뼈대

  • 웹 애플리케이션은 인터넷에 공개되는 순간부터 글로벌 네트워크에 의해 노출될 수 있기에 신뢰성, 확장성, 보안성, 견고성을 고려해야함

Web Application 요청 흐름

  1. 사용자가 브라우저에 URL 입력
  2. 브라우저는 입력받은 URL의 서버 주소를 찾기 위해 DNS서버에 요청보냄
  3. IP주소를 찾으면 해당 주소에 HTTPS요청 보냄
    3-1. 이미 방문 기록이 있으면 캐시메모리에서 가져옴
  4. 웹서버에 요청 도착
  5. 웹서버는 저장소에 요청을 보내 페이지관련 데이터 가져옴
  6. 정보들은 가져오는 도중 비지니스 로직 작용
    6-1. 비지니스 로직들은 각 데이터들을 어떻게 다룰지 정해져있음
  7. 로직들을 통해 요청받은 데이터들이 처리되고 브라우저에 응답
  8. 요청들이 브라우저에 응답으로 돌아왔을때 웹페이지화면에 출력
  • client-side : 유저의 입력에 따라 브라우저에서 작동하는 프로그램
  • server-side : HTTP 요청에 따라 서버에서 요청 처리하는 프로그램

Web Application 요소

  • 유저 인터페이스 요소
    • 화면출력, 로그, 알림, 시스템 통계, 환경설정 등 웹 애플리케이션의 기능적인 부분 요소

  • 구조요소
    • 유저와의 상호작용, 제어, 데이터베이스 등의 관한 요소. 웹 애플리케이션의 전체적인 구조 담당
    • 웹브라우저나 클라이언트, 웹 애플리케이션 서버, 데이터베이스로 이뤄짐

웹 애플리케이션 3단계 계층구조 (Web Application Three Tier Architecture)

  • Presentation Layer
    • 유저와 브라우저 등을 이용한 직접 접촉
    • Web Server, 유저 인터페이스 요소 포함

  • Application Layer
    • Business Layer, Business Logig, Domain Logic 이라고도 불림
    • 유저의 요청을 브라우저로부터 받아 처리
    • Application Server 포함, 데이터 접근 위한 경로 규격화 과정 등이 이 계층에 작성

  • Data access layer
    • Persistence Layer라고도 불림
    • 애플리케이션의 데이터 저장소에 접근, 데이터 불러오기 및 저장 담당
    • Application Layer 와 밀접 연관

  • 3계층에 속하지 않은 구조 요소
    • Cross-cutting : 보안, 통신, 운영관리를 위한 요소
    • Third-party integrations : 제 3의 API서비스 이용하는걸 의미

Web Application 구현 방식

  • Single Page Application
    • 직관적으로 알기 쉽고 상호작용 가능한 요소들을 이용해 유저 경험 극대화
    • 유저의 입력과 요청에 의한 콘텐츠 정보 및 정보 최신화가 새로운 페이지가 아닌 현재 페이지에 이뤄짐
    • 필수적인 요소만 요청. 페이지 새로고침 방지
    • 주로 AJAX, Asynchronous JavaScript, XML 이용

  • Microservice Architecture
    • 작고 가벼운 특정 한가지 기능에 집중한 웹 애플리케이션
    • 기능 요소들이 상호간 의존적이지 않아 개발단계, 개발 완성 이후로도 같은 언어를 사용하지 않아도 됨

  • Serverless Architecture
    • 개발자가 웹 애플리케이션의 서버와 기타 기반 기능들에 대해 외부인 3자 클라우드 서비스 제공자에게 의탁하는 방식
    • 개발자가 기본적인 서버, 기반 기능 걱정 없이 특정기능 개발에 집중하게해줌

SSR / CSR

  • SSR (Server Side Rendering)
    • JavaScript가 웹페이지를 브라우저에서 렌더링하는 대신, 서버에 렌더링
    • SEO가 우선순위인 경우 일반적으로 SSR사용
    • 웹페이지의 첫 화면 렌더링이 빠르게 필요한 경우에도, 단일 파일의 용량이 작은 SSR 적합
    • 웹페이지가 사용자와 상호작용이 적은 경우 SSR 사용

  • CSR (Client Side Rendering)
    • SSR의 반대로 클라이언트에서 JavaScript가 페이지 렌더링
    • SEO가 우선순위가 아닌 경우 CSR사용
    • 사이트에 풍부한 상호작용이 있는 경우 CSR은 빠른 라우팅으로 강력한 사용자 경험 제공
    • 웹 애플리케이션 제작 경우, CSR을 이용해 더 나은 사용자 경험을 제공(빠른 동적 렌더링 등)

CORS(Cross-Origin Resource Sharing)

CORS mdn

AJAX

  • AJAX (Asynchronous JavaScript And XMLHttpRequest)
    • JavaScript, DOM, Fetch, XMLHttpRequest, HTML 등의 다양한 기술을 사용하는 웹 개발 기법
    • 웹페이지에 필요한 부분에 필요한 데이터만 비동기적으로 받아와 화면에 그려낼 수 있다
    • AJAX 두가지 핵심기술
      • JavaScript와 DOM
      • Fetch
        • Fetch 이전에는 XHR(XMLHttpRequest)를 사용
        • Fetch는 XHR의 단점을 보완한 새로운 Web API이며, XML보다 가볍고 JavaScript와 호환되는 JSON사용
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