[TIL/크래프톤 정글9기] 53일차 (Week 08 키워드)

blueprint·2025년 7월 3일

키워드

크래프톤정글9기

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네트워크 기초 정리

네트워크 계층

OSI 7 Layer 모델

OSI (Open Systems Interconnection) 7계층 모델은 네트워크 통신의 표준 모델

계층	이름	역할	예시
7	Application Layer (응용 계층)	사용자 인터페이스 제공	HTTP, SMTP, FTP, DNS
6	Presentation Layer (표현 계층)	데이터 암호화, 압축, 변환	SSL/TLS, JPEG, MPEG
5	Session Layer (세션 계층)	세션 관리 및 동기화	NetBIOS, RPC
4	Transport Layer (전송 계층)	신뢰성 있는 데이터 전송	TCP, UDP
3	Network Layer (네트워크 계층)	라우팅 및 패킷 포워딩	IP, ICMP, ARP
2	Data Link Layer (데이터 링크 계층)	프레임 단위 전송	Ethernet, PPP
1	Physical Layer (물리 계층)	비트 단위 전송	케이블, 허브, 리피터

TCP/IP 4계층 모델

TCP/IP 모델은 실제 인터넷에서 사용되는 프로토콜 스택입니다.

계층	이름	OSI 대응	역할
4	Application Layer	5-7계층	응용 프로그램 간 통신
3	Transport Layer	4계층	프로세스 간 통신
2	Internet Layer	3계층	호스트 간 통신
1	Network Access Layer	1-2계층	물리적 네트워크 접근

주요 프로토콜

TCP (Transmission Control Protocol): 연결 지향, 신뢰성 보장
UDP (User Datagram Protocol): 비연결형, 빠른 전송
IP (Internet Protocol): 주소 지정 및 라우팅
HTTP (HyperText Transfer Protocol): 웹 통신
DNS (Domain Name System): 도메인 이름 해석

클라이언트-서버 모델

개념

클라이언트-서버 모델은 네트워크 서비스를 제공하는 아키텍처 패턴

구성 요소

서버 (Server)

역할: 서비스 제공
특징:
- 항상 실행 상태 (Always On)
- 고정된 주소 (Fixed Address)
- 여러 클라이언트 동시 처리

클라이언트 (Client)

역할: 서비스 요청
특징:
- 필요시에만 통신
- 동적 주소 가능
- 서버와만 통신

동작 과정

서버 시작: 서버가 특정 포트에서 대기
클라이언트 요청: 클라이언트가 서버에 연결 요청
연결 수립: 서버가 요청을 수락하고 연결 수립
데이터 교환: 요청-응답 방식으로 데이터 교환
연결 종료: 통신 완료 후 연결 해제

장단점

장점

중앙 집중식 관리
보안 관리 용이
데이터 일관성 유지
확장성 (Scale-out 가능)

단점

서버 장애 시 전체 서비스 중단
서버 부하 집중
네트워크 대역폭 제한

소켓

소켓의 개념

소켓(Socket)은 네트워크 통신의 끝점(endpoint)으로, 프로세스 간 통신을 위한 인터페이스

소켓 주소 구조

/* IPv4 전용 소켓 주소 구조체 */
struct sockaddr_in {
    uint16_t        sin_family;   /* 주소 체계 (항상 AF_INET) */
    uint16_t        sin_port;     /* 포트 번호 (네트워크 바이트 순서) */
    struct in_addr  sin_addr;     /* IP 주소 (네트워크 바이트 순서) */
    unsigned char   sin_zero[8];  /* 패딩 (struct sockaddr와 크기 맞추기용) */
};

/* 범용 소켓 주소 구조체 (connect, bind, accept 등에서 사용) */
struct sockaddr {
    uint16_t    sa_family;   /* 주소 체계 (AF_INET, AF_UNIX 등) */
    char        sa_data[14]; /* 주소 정보 (실제 내용은 구조체마다 다름) */
};

주요 소켓 함수

1. socket()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

역할: 소켓 생성
매개변수:
- domain: 주소 패밀리 (AF_INET, AF_INET6)
- type: 소켓 타입 (SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM)(TCP, UDP)
- protocol: 프로토콜 (보통 0)

2. bind()

서버가 자신이 사용할 IP/포트 번호를 커널에 등록하는 함수

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

역할: 소켓에 주소 할당
사용: 서버에서 특정 포트로 바인딩
sockfd: socket()으로 만든 디스크립터
addr: 서버가 사용할 주소 정보
addrlen: 그 주소 구조체 크기
→ 이 과정을 통해 커널은 "이 소켓은 이 IP/포트를 사용할 거야" 하고 기억

3. listen()

#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

역할: 연결 요청 대기 상태로 전환
매개변수:
- sockfd: 소켓 파일 디스크립터
- backlog: 대기 큐 크기
sockfd: bind까지 끝낸 소켓
backlog: 커널이 대기열에 허용할 최대 요청 수

커널은 기본적으로 소켓을 클라이언트용(active)으로 생각하므로,
서버로 사용하려면 listen()으로 수동 대기(passive) 모드로 바꿔야 함.

→ 이후 클라이언트가 connect()로 연결 요청 시 대기열에 쌓임

4. accept()

#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

역할: 클라이언트 연결 수락
반환값: 새로운 소켓 파일 디스크립터
listenfd: listen() 호출된 디스크립터
addr: 연결 요청을 보낸 클라이언트 주소가 담김
addrlen: 주소 크기

✅ 반환값: 새롭게 만들어진 통신용 소켓 (connfd)이 소켓은 클라이언트와 실제 통신을 하기 위해 사용

5. connect()

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

역할: 서버에 연결 요청
사용: 클라이언트에서 서버 연결
clientfd: socket()이 반환한 디스크립터
addr: 서버 주소 정보 (보통 sockaddr_in 캐스팅해서 사용)
addrlen: 주소 구조체 크기
성공 시 0 반환, 실패 시 -1 반환
Blocking(블로킹): 연결이 될 때까지 기다림

6. close()

#include <sys/socket.h>

int close(int fd);

역할: 소켓 연결 종료
중요: 양방향 통신 모두 종료

서버 소켓 생성 과정

// 1. 소켓 생성
int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

// 2. 주소 설정
struct sockaddr_in address;
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(PORT);

// 3. 바인딩
bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address));

// 4. 리스닝
listen(server_fd, 3);

// 5. 연결 수락
int client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, &addrlen);

클라이언트 소켓 생성 과정

// 1. 소켓 생성
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

// 2. 서버 주소 설정
struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(PORT);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr);

// 3. 연결
connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

파일 디스크립터

개념

파일 디스크립터(File Descriptor)는 운영체제가 파일이나 소켓 등의 입출력 자원을 식별하기 위해 사용하는 정수값

특징

정수형 식별자: 0부터 시작하는 음이 아닌 정수
프로세스별 고유: 각 프로세스마다 독립적인 파일 디스크립터 테이블
자동 할당: 사용 가능한 가장 작은 번호 할당
- 파일 디스크립터는 리소스가 제한되어 있고,
- 번호가 낮을수록 중요하거나 기본 자원(stdin, stdout)일 수 있기 때문에 가능한 빨리 다시 재사용하기 위해 낮은 번호부터 채워 나감.

표준 파일 디스크립터

FD	이름	설명
0	stdin	표준 입력
1	stdout	표준 출력
2	stderr	표준 오류

소켓과 파일 디스크립터

소켓도 파일 디스크립터로 관리
파일 I/O 함수들을 소켓에도 사용 가능
read(), write(), close() 등

파일 디스크립터 테이블

Process A FD Table:
FD 0 -> stdin
FD 1 -> stdout  
FD 2 -> stderr
FD 3 -> socket
FD 4 -> file.txt
FD 5 -> socket (client connection)

주요 시스템 콜

// 읽기
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

// 쓰기  
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

// 닫기
int close(int fd);

// 복제
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);

Datagram Socket vs Stream Socket

Stream Socket (TCP)

특징

연결 지향: 통신 전 연결 수립 필요
신뢰성: 데이터 전송 보장
순서 보장: 데이터 순서 유지
오류 검출 및 복구: 자동 재전송
흐름 제어: 수신자 속도에 맞춤
혼잡 제어: 네트워크 상황 고려

소켓 타입

socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // TCP 소켓

사용 예시

웹 브라우징 (HTTP)
파일 전송 (FTP)
이메일 (SMTP)
원격 접속 (SSH)

동작 과정

3-Way Handshake: 연결 수립
데이터 전송: 양방향 스트림
4-Way Handshake: 연결 종료

Datagram Socket (UDP)

특징

비연결형: 연결 수립 불필요
빠른 전송: 연결 오버헤드 없음
신뢰성 없음: 전송 보장 안됨
순서 보장 안됨: 데이터 순서 무관
단순한 구조: 헤더 오버헤드 적음

소켓 타입

socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   // UDP 소켓

사용 예시

DNS 조회
실시간 스트리밍
온라인 게임
DHCP

주요 함수

// 데이터 전송
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

// 데이터 수신
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

비교표

특성	Stream Socket (TCP)	Datagram Socket (UDP)
연결	연결 지향	비연결형
신뢰성	보장	보장 안됨
속도	상대적으로 느림	빠름
오버헤드	높음	낮음
순서 보장	보장	보장 안됨
데이터 크기	제한 없음	제한 있음
사용 사례	웹, 파일 전송	실시간 통신

CGI / WebServer / MIME Type

CGI (Common Gateway Interface)

개념

CGI는 웹 서버가 외부 프로그램을 실행하여 동적 웹 페이지를 생성하는 인터페이스

동작 과정

요청 수신: 웹 서버가 CGI 스크립트 요청 받음
프로세스 생성: 새로운 프로세스에서 CGI 스크립트 실행
환경 변수 설정: 요청 정보를 환경 변수로 전달
스크립트 실행: CGI 스크립트가 동적 콘텐츠 생성
결과 반환: 생성된 HTML을 웹 서버에 반환
응답 전송: 웹 서버가 클라이언트에게 응답

환경 변수

REQUEST_METHOD=GET
QUERY_STRING=name=value&key=data
CONTENT_TYPE=application/x-www-form-urlencoded
CONTENT_LENGTH=25
HTTP_USER_AGENT=Mozilla/5.0...
REMOTE_ADDR=192.168.1.100

CGI 스크립트 예시

#!/usr/bin/env python3
import os
import cgi

print("Content-Type: text/html\n")
print("<html><body>")
print("<h1>Hello CGI!</h1>")
print(f"<p>Request Method: {os.environ.get('REQUEST_METHOD')}</p>")
print("</body></html>")

WebServer

개념

웹 서버는 HTTP 요청을 처리하고 웹 페이지를 제공하는 소프트웨어

주요 기능

정적 콘텐츠 제공: HTML, CSS, JS, 이미지 등
동적 콘텐츠 생성: CGI, 스크립트 실행
요청 라우팅: URL에 따른 요청 분배
보안 관리: 인증, 권한 관리
로그 관리: 액세스 로그, 에러 로그

대표적인 웹 서버

Apache HTTP Server: 가장 널리 사용
Nginx: 고성능, 역방향 프록시
Microsoft IIS: 윈도우 환경
lighttpd: 경량 웹 서버

웹 서버 구조

Client Request → Web Server → 
                     ↓
                 Static File? → Send File
                     ↓
                 CGI Script? → Execute CGI
                     ↓
                 Error → Send Error Page

MIME Type

개념

MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) Type은 파일의 형식을 나타내는 표준 방법

형식

type/subtype

주요 MIME Type

파일 형식	MIME Type
HTML	text/html
CSS	text/css
JavaScript	text/javascript
JSON	application/json
XML	application/xml
이미지 (JPEG)	image/jpeg
이미지 (PNG)	image/png
이미지 (GIF)	image/gif
PDF	application/pdf
압축파일 (ZIP)	application/zip
바이너리	application/octet-stream

HTTP 헤더에서 사용

Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Type: application/json
Content-Type: image/png

웹 서버 설정 예시

# Apache .htaccess
AddType text/html .html
AddType text/css .css
AddType text/javascript .js
AddType application/json .json

HTTP

HTTP 개념

HTTP (HyperText Transfer Protocol)는 웹에서 데이터를 주고받기 위한 프로토콜

HTTP 특징

비연결성 (Connectionless): 요청-응답 후 연결 해제
무상태성 (Stateless): 이전 요청 정보 저장 안함
단순성: 사람이 읽을 수 있는 텍스트 기반
확장성: 헤더를 통한 기능 확장 가능

HTTP 메소드

GET

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com

용도: 리소스 조회
특징: 안전(Safe), 멱등(Idempotent)
캐시: 가능

POST

POST /submit HTTP/1.1
Host: www.example.com
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Content-Length: 13

name=John&age=30

용도: 데이터 전송, 생성
특징: 안전하지 않음, 멱등하지 않음
캐시: 불가능

PUT

PUT /users/123 HTTP/1.1
Host: www.example.com
Content-Type: application/json

{"name": "John", "age": 30}

용도: 리소스 생성/수정
특징: 멱등함
전체 교체: 리소스 전체를 교체

DELETE

DELETE /users/123 HTTP/1.1
Host: www.example.com

용도: 리소스 삭제
특징: 멱등함

HEAD

HEAD /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com

용도: GET과 동일하지만 헤더만 반환
특징: 리소스 존재 여부 확인
캐시: 가능

OPTIONS

OPTIONS /api/users HTTP/1.1
Host: www.example.com

용도: 서버가 지원하는 메소드 확인
CORS: Cross-Origin 요청에서 사용

HTTP 상태코드

1xx (Informational)

100 Continue: 계속 진행
101 Switching Protocols: 프로토콜 변경

2xx (Success)

200 OK: 성공
201 Created: 생성됨
204 No Content: 내용 없음
206 Partial Content: 부분 내용

3xx (Redirection)

301 Moved Permanently: 영구 이동
302 Found: 임시 이동
304 Not Modified: 수정되지 않음
307 Temporary Redirect: 임시 리다이렉트

4xx (Client Error)

400 Bad Request: 잘못된 요청
401 Unauthorized: 인증 필요
403 Forbidden: 접근 금지
404 Not Found: 찾을 수 없음
405 Method Not Allowed: 메소드 허용 안됨

5xx (Server Error)

500 Internal Server Error: 내부 서버 오류
502 Bad Gateway: 잘못된 게이트웨이
503 Service Unavailable: 서비스 사용 불가
504 Gateway Timeout: 게이트웨이 타임아웃

HTTP 헤더

일반 헤더

Cache-Control: no-cache
Connection: keep-alive
Date: Mon, 23 May 2023 12:00:00 GMT

요청 헤더

Accept: text/html,application/xhtml+xml
Accept-Language: ko-KR,ko;q=0.9,en;q=0.8
Accept-Encoding: gzip, deflate
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64)
Host: www.example.com
Authorization: Bearer token123

응답 헤더

Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 1234
Content-Encoding: gzip
Server: Apache/2.4.41
Set-Cookie: sessionid=abc123; Path=/; HttpOnly

엔터티 헤더

Content-Type: application/json
Content-Length: 500
Content-Encoding: gzip
Last-Modified: Mon, 23 May 2023 12:00:00 GMT
ETag: "abc123"

HTTP 요청/응답 구조

HTTP 요청

GET /index.html HTTP/1.1          ← 요청 라인
Host: www.example.com             ← 헤더
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
                                  ← 빈 줄
                                  ← 메시지 본문 (선택사항)

HTTP 응답

HTTP/1.1 200 OK                   ← 상태 라인
Content-Type: text/html           ← 헤더
Content-Length: 1234
Server: Apache/2.4.41
                                  ← 빈 줄
<html>                           ← 메시지 본문
<head><title>Example</title></head>
<body>Hello World!</body>
</html>

HTTP 버전

HTTP/1.0

특징: 연결당 하나의 요청/응답
단점: 매번 연결 설정/해제 오버헤드

HTTP/1.1

특징: 지속 연결(Keep-Alive)
파이프라이닝: 여러 요청을 연속 전송
청크 전송: 동적 콘텐츠 전송

HTTP/2

특징: 바이너리 프로토콜
멀티플렉싱: 하나의 연결에서 여러 요청 처리
서버 푸시: 서버에서 먼저 리소스 전송

Proxy

Proxy 개념

프록시(Proxy)는 클라이언트와 서버 사이에서 중개 역할을 하는 서버

Proxy 종류

Forward Proxy

Client → Forward Proxy → Server

역할: 클라이언트를 대신하여 서버에 요청
특징: 서버는 프록시의 IP만 확인 가능
용도:
- 캐싱으로 성능 향상
- 접근 제어 및 보안
- 익명성 제공
- 네트워크 사용량 모니터링

Reverse Proxy

Client → Reverse Proxy → Server

역할: 서버를 대신하여 클라이언트에게 응답
특징: 클라이언트는 실제 서버 정보 모름
용도:
- 로드 밸런싱
- SSL 터미네이션
- 캐싱
- 보안 (실제 서버 숨김)

Proxy 동작 방식

1. HTTP 프록시

// 클라이언트 → 프록시 요청
GET http://www.example.com/index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
Proxy-Connection: keep-alive

// 프록시 → 서버 요청
GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
Connection: keep-alive

2. HTTPS 프록시 (CONNECT 메소드)

// 클라이언트 → 프록시 터널 요청
CONNECT www.example.com:443 HTTP/1.1
Host: www.example.com:443

// 프록시 → 클라이언트 응답
HTTP/1.1 200 Connection established

// 이후 암호화된 데이터 터널링

Proxy 활용 사례

1. 웹 캐싱 프록시

자주 요청되는 콘텐츠 캐싱
네트워크 대역폭 절약
응답 시간 단축

2. 로드 밸런싱 프록시

여러 서버에 요청 분산
서버 부하 균등화
고가용성 제공

3. 보안 프록시

악성 사이트 차단
콘텐츠 필터링
접근 로그 관리

4. 익명화 프록시

클라이언트 IP 숨김
지역 제한 우회
개인정보 보호

결론

네트워크 프로그래밍의 핵심 개념들을 정리:

계층 구조: OSI 7계층과 TCP/IP 4계층 모델을 통한 체계적 접근
클라이언트-서버: 네트워크 서비스의 기본 아키텍처
소켓 프로그래밍: 네트워크 통신을 위한 핵심 API
파일 디스크립터: 시스템 리소스 관리의 기본 단위
프로토콜 선택: TCP vs UDP의 특성에 따른 적절한 선택
웹 기술: CGI, 웹서버, MIME 타입을 통한 웹 서비스 구현
HTTP: 웹 통신의 핵심 프로토콜
프록시: 네트워크 중개 서비스의 다양한 활용

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네트워크 기초 정리

목차

네트워크 계층

OSI 7 Layer 모델

TCP/IP 4계층 모델

주요 프로토콜

클라이언트-서버 모델

개념

구성 요소

서버 (Server)

클라이언트 (Client)

동작 과정

장단점

장점

단점

소켓

소켓의 개념

소켓 주소 구조

주요 소켓 함수

1. socket()

2. bind()

3. listen()

4. accept()

5. connect()

6. close()

서버 소켓 생성 과정

클라이언트 소켓 생성 과정

파일 디스크립터

개념

특징

표준 파일 디스크립터

소켓과 파일 디스크립터

파일 디스크립터 테이블

주요 시스템 콜

Datagram Socket vs Stream Socket

Stream Socket (TCP)

특징

소켓 타입

사용 예시

동작 과정

Datagram Socket (UDP)

특징

소켓 타입

사용 예시

주요 함수

비교표

CGI / WebServer / MIME Type

CGI (Common Gateway Interface)

개념

동작 과정

환경 변수

CGI 스크립트 예시

WebServer

개념

주요 기능

대표적인 웹 서버

웹 서버 구조

MIME Type

개념

형식

주요 MIME Type

HTTP 헤더에서 사용

웹 서버 설정 예시

HTTP

HTTP 개념

HTTP 특징

HTTP 메소드

GET

POST

PUT

DELETE

HEAD

OPTIONS

HTTP 상태코드

1xx (Informational)

2xx (Success)

3xx (Redirection)

4xx (Client Error)