- 기본적으로 HTTP는 앞서 설명한 전송 계층 위에 있는 애플리케이션 계층으로서 웹 서비스 통신에 사용된다.
- HTTP/1.0부터 시작해서 발전을 거듭하여 지금은 HTTP/1.0부터 HTTP/3까지 알아보겠다.
2.5.1 HTTP/1.0
HTTP/1.0은 기본적으로 한 연결당 하나의 요청을 처리하도록 설계되었다. 이는 RTT증가를 불러오게 되었다.
서버로부터 파일을 가져올 때마다 TCP의 3-웨이 핸드셰이크를 계속해서 열어야하기 때문에 RTT가 증가하는 단점이 있다.
RTT
패킷이 목적지에 도달하고 나서 다시 출발지로 돌아오기까지 걸리는 시간이며 패킷 왕복시간
RTT의 증가를 해결하기 위한 방법
매번 연결할 때마다 RTT가 증가하니 서버에 부담이 많이 가고 사용자 응답 시간이 길어졌다. 이를 해결하기 위해 이미지 스플리팅, 코드 압축, 이미지 Base64 인코딩을 사용한다.
이미지 스플리팅
많은 이미지를 다운로드받게 되면 과부하가 걸리기 때문에 많은 이미지가 합쳐있는 하나의 이미지를 다운로드받고, 이를 기반으로 background-image의 position을 이용하여 이미지를 표기하는 방법이다.
CSS
’‘’
#icons>li>a {
background-image: url("icons.png");
width: 25px;
display: inline-block;
height: 25px;
repeat: no-repeat;
}
#icons>li:nth-child(1)>a {
background-position: 2px -8px;
}
#icons>li:nth-child(2)>a {
background-position: -29px -8px;
}
‘’‘
앞의 코드처럼 하나의 이미지 background-image: url(“icons.png”);, background-positon등을 기반으로 이미지를 설정한다.
코드 압축
코드 압축은 코드를 압축해서 개행 문자, 빈칸을 없애서 코드의 크기를 최소화하는 방법이다.
자바스크립트
‘’‘
const express = require('express')
const app = express()
const port = 3000
app.get('/', (req, res) => {
res.send('Hello World!')
})
app.listen(port, () => {
console.log(Example app listening on port ${port})
})
’‘’
앞의 코드를 다음과 같은 코드로 바꾸는 방법이다.
‘’‘
const express=require("express"),app=express(),port=3e3;app.get("/",(e,p)=>{p.send("Hello World!")}),app.listen(3e3,()=>{console.log("Example app listening on port 3000")});
’‘’
개행 문자, 띄어쓰기 등이 사라져 코드가 압축되면 코드 용량이 줄어든다.
이미지 Base64 인코딩
이미지 파일을 64진법으로 이루어진 문자열로 인코딩하는 방법이다. 이 방법을 사용하면 서버와의 연결을 열고 이미지에 대해 서버에 HTTP 요청을 할 필요가 없다는 장점이 있다. Base64 문자열로 변환할 경우 37% 정도 크기가 더 커지는 단점이 있다.
인코딩
정보의 형태나 형식을 표준화, 보안, 처리 속도 향상, 저장 공간 절약 등을 위해 다른 형태나 형식으로 변환하는 처리 방식
2.5.2 HTTP/1.1
HTTP/1.0에서 발전한 것이 바로 HTTP/1.1이다. 매번 TCP연결을 하는 것이 아니라 한 번 TCP 초기화를 한 이후에 keep-alive라는 옵션으로 여러 개의 파일을 송수신할 수 있게 바뀌었다. 참고로 HTTP/1.0에서도 keep-alive가 있었지만 표준화가 되어 있지 않고 HTTP/1.1부터 표준화가 되어 기본 옵션으로 설정되었다.
다음 그림처럼 한 번 TCP 3-웨이 핸드셰이크가 발생하면 그다음부터 발생하지 않는 것을 볼 수 있다. 하지만 문서 안에 포함된 다수의 리소스(이미지, css 파일, script 파일)를 처리하려면 요청할 리소스 개수에 비례해서 대기 시간이 길어지는 단점이 있다.
HOL Blocking
HOL Blocking은 네트워크에서 같은 큐에 있는 패킷이 그 첫 번째 패킷에 의해 지연될 때 발생하는 성능 저하 현상을 말한다.
예를 들어 앞의 그림처럼 image.jpg와 styles.css, data.xml을 다운로드받을 때 보통은 순차적으로 잘 받아지지만 image.jpg가 느리게 받아진다면 그 뒤에 있는 것들이 대기하게 되며 다운로드가 지연되는 상태가 되는 것이다.
무거운 헤더 구조
HTTP/1.1의 헤더에는 쿠키 등 많은 메타데이터가 들어 있고 압축이 되지 않아 무거웠다.
2.5.3 HTTP/2
HTTP/2는 SPDY 프로토콜에서 파생된 HTTP/1.x보다 지연 시간을 줄이고 응답 시간을 더 빠르게 할 수 있으며 멀티플렉싱, 헤더 압축, 서버 푸시, 요청의 우선순위 처리를 지원하는 프로토콜이다.
멀티플렉싱
멀티플렉싱이란 여러 개의 스트림을 사용하여 송수신한다는 것이다. 이를 통해 특정 스트림의 패킷이 손실되었다고 하더라도 해당 스트림에만 영향을 미치고 나머지 스트림은 멀쩡하게 동작할 수 있다.
스트림(stream)
시간이 지남에 따라 사용할 수 있게 되는 일련의 데이터 요소를 가리키는 데이터 흐름
앞의 그림은 하나의 연결 내 여러 스트림을 캡처한 모습이다. 병렬적인 스트림(stream) 들을 통해 데이터를 서빙하고 있다. 또한, 스트림 내의 데이터들도 쪼개져 있다. 애플리케이션에서 받아온 메시지를 독립된 프레임으로 조각내어 서로 송수신한 이후 다시 조립하며 데이터를 주고받는다.
이를 통해 단일 연결을 사용하여 병렬로 여러 요청을 받을 수 있고 응답을 줄 수 있다. 이렇게 되면 HTTP/1.x에서 발생하는 문제인 HOL Blocking을 해결할 수 있다.
헤더 압축
HTTP/1.x에는 크기가 큰 헤더라는 문제가 있다.
이를 HTTP/2에서는 헤더 압축을 써서 해결하는데, 허프만 코딩 압축 알고리즘을 사용하는 HPACK 압축 형식을 가진다.
허프만 코딩
허프만 코딩(huffman coding)은 문자열을 문자 단위로 쪼개 빈도수를 세어 빈도가 높은 정보는 적은 비트 수를 사용하여 표현하고, 빈도가 낮은 정보는 비트 수를 많이 사용하여 표현해서 전체 데이터의 표현에 필요한 비트양을 줄이는 원리이다.
서버 푸시
HTTP/1.1에서는 클라이언트가 서버에 요청을 해야 파일을 다운로드받을 수 있었다면, HTTP/2는 클라이언트 요청 없이 서버가 바로 리소스를 푸시할 수 있다.
html에는 css나 js 파일이 포함되기 마련인데 html을 읽으면서 그 안에 들어 있던 css 파일을 서버에서 푸시하여 클라이언트에 먼저 줄 수 있다.
2.5.4 HTTPS
HTTP/2는 HTTPS 위에서 동작합니다. HTTPS는 애플리케이션 계층과 전송 계층 사이에 신뢰 계층인 SSL/TLS 계층을 넣은 신뢰할 수 있는 HTTP 요청을 말합니다. 이를 통해 ‘통신을 암호화’한다.
SSL/TLS
SSL(Secure Socket Layer)은 SSL 1.0부터 시작해서 SSL 2.0, SSL 3.0, TLS(Transport Layer Security Protocol) 1.0, TLS 1.3까지 버전이 올라가며 마지막으로 TLS로 명칭이 변경되었으나, 보통 이를 합쳐 SSL/TLS로 많이 부른다. 이 책에서는 최신 TLS 버전인 TLS 1.3을 기반으로 설명한다.
SSL/TLS은 전송 계층에서 보안을 제공하는 프로토콜이다. 클라이언트와 서버가 통신할 때 SSL/TLS를 통해 제3자가 메시지를 도청하거나 변조하지 못하도록 한다.
앞의 그림처럼 SSL/TLS를 통해 공격자가 서버인 척하며 사용자 정보를 가로채는 네트워크상의 ‘인터셉터’를 방지할 수 있다.
SSL/TLS는 보안 세션을 기반으로 데이터를 암호화하며 보안 세션이 만들어질 때 인증 메커니즘, 키 교환 암호화 알고리즘, 해싱 알고리즘이 사용된다.
보안 세션
보안 세션이란 보안이 시작되고 끝나는 동안 유지되는 세션을 말하고, SSL/TLS는 핸드셰이크를 통해 보안 세션을 생성하고 이를 기반으로 상태 정보 등을 공유한다.
세션
운영체제가 어떠한 사용자로부터 자신의 자산 이용을 허락하는 일정한 기간을 뜻한다. 즉, 사용자는 일정 시간 동안 응용 프로그램, 자원 등을 사용할 수 있다.
클라이언트와 서버와 키를 공유하고 이를 기반으로 인증, 인증 확인 등의 작업이 일어나는 단 한 번의 1-RTT가 생긴 후 데이터를 송수신하는 것을 볼 수 있다.
클라이언트에서 사이퍼 슈트(cypher suites)를 서버에 전달하면 서버는 받은 사이퍼 슈트의 암호화 알고리즘 리스트를 제공할 수 있는지 확인한다. 제공할 수 있다면 서버에서 클라이언트로 인증서를 보내는 인증 메커니즘이 시작되고 이후 해싱 알고리즘 등으로 암호화된 데이터의 송수신이 시작된다.
사이퍼 슈트
사이퍼 슈트는 프로토콜, AEAD 사이퍼 모드, 해싱 알고리즘이 나열된 규약을 말하며, 다섯 개가 있다.
• TLS_AES_128_GCM_SHA256
• TLS_AES_256_GCM_SHA384
• TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256
• TLS_AES_128_CCM_SHA256
• TLS_AES_128_CCM_8_SHA256
예를 들어 TLS_AES_128_GCM_SHA256에는 세 가지 규약이 들어 있는데 TLS는 프로토콜, AES_128_GCM은 AEAD 사이퍼 모드, SHA256은 해싱 알고리즘을 뜻한다.
AEAD 사이퍼 모드
AEAD(Authenticated Encryption with Associated Data)는 데이터 암호화 알고리즘이며 AES_128_GCM 등이 있다. 예를 들어 AES_128_GCM이라는 것은 128비트의 키를 사용하는 표준 블록 암호화 기술과 병렬 계산에 용이한 암호화 알고리즘 GCM이 결합된 알고리즘을 뜻한다.
인증 메커니즘
인증 메커니즘은 CA(Certificate Authorities)에서 발급한 인증서를 기반으로 이루어진다. CA에서 발급한 인증서는 안전한 연결을 시작하는 데 있어 필요한 ‘공개키’를 클라이언트에 제공하고 사용자가 접속한 ‘서버가 신뢰’할 수 있는 서버임을 보장한다. 인증서는 서비스 정보, 공개키, 지문, 디지털 서명 등으로 이루어져 있다.
참고로 CA는 아무 기업이나 할 수 있는 것이 아니고 신뢰성이 엄격하게 공인된 기업들만 참여할 수 있으며, 대표적인 기업으로는 Comodo, GoDaddy, GlobalSign, 아마존 등이 있습니다.
CA 발급 과정
자신의 서비스가 CA 인증서를 발급받으려면 자신의 사이트 정보와 공개키를 CA에 제출해야 한다. 이후 CA는 공개키를 해시한 값인 지문(finger print)을 사용하는 CA의 비밀키 등을 기반으로 CA 인증서를 발급한다.
개인키
비밀키라고도 하며, 개인이 소유하고 있는 키이자 반드시 자신만이 소유해야 하는 키
공개키
공개되어 있는 키
암호화 알고리즘
키 교환 암호화 알고리즘으로는 대수곡선 기반의 ECDHE(Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephermeral) 또는 모듈식 기반의 DHE(Diffie-Hellman Ephermeral)를 사용한다. 둘 다 디피-헬만(Diffie-Hellman) 방식을 근간으로 만들어졌다.
디피-헬만 키 교환 암호화 알고리즘
디피-헬만 키 교환(Diffie-Hellman key exchange) 암호화 알고리즘은 암호키를 교환하는 하나의 방법이다.
앞의 식에서 g와 x와 p를 안다면 y는 구하기 쉽지만 g와 y와 p만 안다면 x를 구하기는 어렵다는 원리에 기반한 알고리즘이다.
앞의 그림처럼 처음에 공개 값을 공유하고 각자의 비밀 값과 혼합한 후 혼합 값을 공유한다. 그다음 각자의 비밀 값과 또 혼합한다. 그 이후에 공통의 암호키가 생성되는 것이다.
이렇게 클라이언트와 서버 모두 개인키와 공개키를 생성하고 서로에게 공개키를 보내고 공개키와 개인키를 결합하여 PSK(사전 합의된 비밀키)가 생성된다면, 악의적인 공격자가 개인키 또는 공개키를 가지고도 PSK가 없기 때문에 아무것도 할 수 없다. 이를 통해 키를 암호화할 수 있는 것이다.
해싱 알고리즘
해싱 알고리즘은 데이터를 추정하기 힘든 더 작고, 섞여 있는 조각으로 만드는 알고리즘이다. SSL/TLS는 해싱 알고리즘으로 SHA-256 알고리즘과 SHA-384 알고리즘을 쓰며, 그중 많이 쓰는 SHA-256 알고리즘을 설명하겠다.
SHA-256 알고리즘
SHA-256 알고리즘은 해시 함수의 결괏값이 256비트인 알고리즘이며 비트 코인을 비롯한 많은 블록체인 시스템에서도 씁니다. SHA-256 알고리즘은 해싱을 해야 할 메시지에 1을 추가하는 등 전처리를 하고 전처리된 메시지를 기반으로 해시를 반환한다.
앞의 그림처럼 “나는 반드시 이번 면접에 합격하고 강원도 고성에 수영하러 간다!”라는 글자가 08cc3029b838d4be3ed53ffe3bab5be2c2d44526218d365bfdfd15673e27838f라는 도무지 무슨 뜻인지 알아들을 수 없는 문자열로 변환되는 것을 볼 수 있습니다. 참고로 SHA-256 등 다양한 해싱 알고리즘을 테스팅할 수 있는 사이트의 링크는 다음과 같다.
• SHA-256 사이트 링크: https://emn178.github.io/online-tools/sha256.html
해시
다양한 길이를 가진 데이터를 고정된 길이를 가진 데이터로 매핑(mapping)한 값
해싱
임의의 데이터를 해시로 바꿔주는 일이며 해시 함수가 이를 담당
해시 함수
임의의 데이터를 입력으로 받아 일정한 길이의 데이터로 바꿔주는 함수
참고로 TLS 1.3은 사용자가 이전에 방문한 사이트로 다시 방문한다면 SSL/TLS에서 보안 세션을 만들 때 걸리는 통신을 하지 않아도 된다. 이를 0-RTT라고 한다.
SEO에도 도움이 되는 HTTPS
구글(Google)은 SSL 인증서를 강조해왔고 사이트 내 모든 요소가 동일하다면 HTTPS 서비스를 하는 사이트가 그렇지 않은 사이트보다 SEO 순위가 높을 것이라고 공식적으로 밝혔다.
SEO(Search Engine Optimization)는 검색엔진 최적화를 뜻하며 사용자들이 구글, 네이버 같은 검색엔진으로 웹 사이트를 검색했을 때 그 결과를 페이지 상단에 노출시켜 많은 사람이 볼 수 있도록 최적화하는 방법을 의미한다. 서비스를 운영한다면 SEO 관리는 필수이다. 내가 만든 사이트에 많은 사람이 유입되면 좋기때문에 이를 위한 방법으로 캐노니컬 설정, 메타 설정, 페이지 속도 개선, 사이트맵 관리 등이 있다.
캐노니컬 설정
<link rel="canonical" href="https://example.com/page2.php" />앞처럼 사이트 link에 캐노니컬을 설정해야 한다.
메타 설정
html 파일의 가장 윗부분인 메타를 잘 설정해야 한다.
최고의 웹 페이지라고 칭송받는 애플의 사이트는 앞의 그림처럼 하고 있는 것을 볼 수 있다. 메타를 잘 설정해야한다.
페이지 속도 개선
사이트의 속도는 빨라야 한다. 예를 들어 내가 서비스를 운용하는데, 서비스에 접속하는 데 10초가 걸리면 사용자가 서비스를 이용하지 않을것이다. 때문에 페이지의 속도는 빨라야 한다. 구글의 PageSpeedInsights로 가서 자신의 서비스에 대한 리포팅을 주기적으로 받으며 관리해야 한다.
• 페이지 인사이트 링크: https://developers.google.com/speed/pagespeed/insights/
앞의 그림에서 해당 주소를 넣어 페이지 속도 리포팅을 받아볼 수 있다. 네이버 사이트를 테스팅해보겠다.
앞의 그림처럼 잘 나오는 것을 볼 수 있다.
사이트맵 관리
사이트맵(sitemap.xml)을 정기적으로 관리하는 것은 필수입니다. 사이트맵 제너레이터를 사용하거나 직접 코드를 만들어 구축해도 된다. 사이트맵은 다음과 같은 형식의 xml 파일을 말한다.
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<urlset xmlns="http://www.sitemaps.org/schemas/sitemap/0.9">
<url>
<loc>http://kundol.co.kr/</loc>
<lastmod>수정날짜</lastmod>
<changefreq>daily</changefreq>
<priority>1.1</priority>
</url>
</urlset>HTTPS 구축 방법
HTTPS 구축 방법은 크게 세 가지이다. 직접 CA에서 구매한 인증키를 기반으로 HTTPS 서비스를 구축하거나, 서버 앞단의 HTTPS를 제공하는 로드밸런서를 두거나, 서버 앞단에 HTTPS를 제공하는 CDN을 둬서 구축한다.
2.5.5 HTTP/3
HTTP/3은 HTTP/1.1 및 HTTP/2와 함께 World Wide Web에서 정보를 교환하는 데 사용되는 HTTP의 세 번째 버전이다. TCP 위에서 돌아가는 HTTP/2와는 달리 HTTP/3은 QUIC이라는 계층 위에서 돌아가며, TCP 기반이 아닌 UDP 기반으로 돌아간다.
또한, HTTP/2에서 장점이었던 멀티플렉싱을 가지고 있으며 초기 연결 설정 시 지연 시간 감소라는 장점이 있다.
초기 연결 설정 시 지연 시간 감소
QUIC은 TCP를 사용하지 않기 때문에 통신을 시작할 때 번거로운 3-웨이 핸드셰이크 과정을 거치지 않아도 된다.
QUIC은 첫 연결 설정에 1-RTT만 소요된다. 클라이언트가 서버에 어떤 신호를 한 번 주고, 서버도 거기에 응답하기만 하면 바로 본 통신을 시작할 수 있다는 것이다.
참고로 QUIC은 순방향 오류 수정 메커니즘(FEC, Forword Error Correction)이 적용되었다. 이는 전송한 패킷이 손실되었다면 수신 측에서 에러를 검출하고 수정하는 방식이며 열악한 네트워크 환경에서도 낮은 패킷 손실률을 자랑한다.
예상질문
Q1. OSI 7계층과 TCP/IP 4계층의 차이점은 무엇인가요?
A1. TCP/IP 계층과 달리 OSI 계층은 애플리케이션 계층을 세 개로 쪼개고 링크 계층을 데이터 링크 계층, 물리 계층으로 나눠서 설명하는 것이 다르며, 인터넷 계층을 네트워크 계층으로 부른다는 점이 다르다.
Q2. HTTP/2를 설명하고 장점 두 가지를 설명하세요.
A2. HTTP/2는 HTTP/1.x보다 지연 시간을 줄이고 응답 시간을 더 빠르게 할 수 있으며 멀티플렉싱, 헤더 압축, 서버 푸시, 요청의 우선순위 처리를 지원하는 프로토콜이다.
장점 두 가지로 멀티플렉싱과 서버 푸시를 들겠다.
멀티플렉싱이란 여러 개의 스트림을 사용하여 송수신한다는 것이다. 이를 통해 특정 스트림의 패킷이 손실되었다고 하더라도 해당 스트림에만 영향을 미치고 나머지 스트림은 멀쩡하게 동작할 수 있다.
서버 푸시란 HTTP/1.1에서는 클라이언트가 서버에 요청을 해야 파일을 다운로드받을 수 있었다면, HTTP/2는 클라이언트 요청 없이 서버가 바로 리소스를 푸시하는 것을 말한다. html에는 css나 js 파일이 포함되기 마련인데 html을 읽으면서 그 안에 들어 있던 css 파일을 서버에서 푸시하여 클라이언트에 먼저 줄 수 있다.
[참고자료]
