Network - 네트워크의 원리(4)

데이터 송수신 동작의 개요

• IP 주소를 조사했으면 IP 주소의 상대, 여기에서는 액세스 대상 웹 서버에 메시지를 송신하도록 OS의 내부에 있는 '프로토콜 스택'에 의뢰합니다. 웹 서버에 보내는 HTTP의 메시지는 디지털 데이터이므로 디지털 데이터를 송신하도록 의뢰한다고 해도 좋을 것입니다. 이 동작은 네트워크를 이용하는 애플리케이션 전체에 공통입니다.
• OS 내부의 프로토콜 스택에 메시지 송신 동작을 의뢰할 때는 Socket 라이브러리 프로그램 부품을 결정된 순번대로 호출합니다.
  
• 파이프와 같은 것을 통해 데이터가 흐릅니다.
• 파이프 양끝에 있는 데이터의 출입구를 '소켓'이라고 부릅니다.
• 실제로는 먼저 서버측에서 소켓을 만들고, 소켓에 클라이언트가 파이프를 연결하기를 기다립니다.
• 클라이언트 측에서도 소켓을 만들고, 소켓에서 파이프를 늘려 서버측의 소켓에 연결합니다.
• 이로써 양쪽의 소켓이 연결되면 준비가 완료된 것입니다.
• 앞에서 설명한 대로 소켓에서 데이터를 쏟아붓듯이 데이터 송수신 동작을 실행합니다.

송수신이 끝난 후

• 데이터를 전부 보내고 나면 연갤했던 파이프가 분리됩니다.
• 파이프를 연결할 때는 클라이언트측에서 서버측을 향해 연결했지만, 파이프 분리할 때는 어느 쪽에서 분리해도 상관없습니다.

데이터 송수신 동작의 요약

1. 소켓을 만듭니다(소켓 작성 단계)
2. 서버측의 소켓에 파이프를 연결합니다.(접속 단계).
3. 데이터를 송수신합니다.(송수신 단계).
4. 파이프를 분리하고 소켓을 말소합니다.(연결 끊기 단계).

• 앞의 네 가지 동작을 실행하는 것은 OS 내부의 프로토콜 스택입니다. 브라우저 등의 애플리케이션은 프로토콜 스택에 의뢰해서 파이프를 연결하거나 데이터를 쏟아붓습니다.
• 의뢰 동작은 Socket 라이브러리에 넣은 프로그램 부품을 호출하여 실행되지만, 데이터 송수신용 프로그램 부품은 애플리케이션에서 의뢰받은 내용을 그대로 프로토콜 스택에 전달하는 중개역을 수행할 뿐 실질적인 작업은 하지 않습니다.
• 그래서 Socket 라이브러리와 프로토콜 스택을 한 몸인 것으로 보고 일체화 된 동작을 설명하는 쪽이 이해하기 쉽습니다.

소켓의 작성 단계

• 소켓 라이브러리의 socket이라는 프로그램 부품만 호출하면 됩니다.(여기서는 socket 프로그램 부품, Socket은 라이브러리, 소켓은 파이프의 양끝에 있는 출입구를 가리킵니다.)
• socket을 호출한 후의 동작은 리졸버를 호출했을 때와 같이 socket 내부에 제어가 넘어가서 소켓을 만드는 동작을 실행하고, 이것이 끝나면 애플리케이션으로 제어가 돌아옵니다.
• 소켓이 생기면 디스크립터(번호표 같은 것으로 소켓을 식별)라는 것이 돌아오므로 애플리케이션은 이것을 받아서 메모리에 기록해 둡니다.
• 브라우저를 2개의 창을 열어 2개의 웹 서버에 동시에 액세스 하는 경우 복수의 소켓이 생기고 이럴 때 디스크립터에 대한 필요성이 존재하게 됩니다.

파이프를 연결하는 접속 단계

• 만든 소켓을 서버측의 소켓에 접속하도록 프로토콜 스택에 의뢰합니다.
• 애플리케이션은 Socket 라이브러리의 connect라는 프로그램 부품을 호출하여 이 의뢰 동작을 실행합니다.
• 여기서 요점은 connect를 호출 할 때 지정하는 디스크립터, 서버의 IP 주소, 포트 번호라는 세 가지 값입니다.
• 최초의 디스크립터는 소켓을 만들 때 돌아온 디스크립터입니다.
• 여기서 지정한 디스크립터는 connect가 프로토콜 스택에 통지합니다.
• 프로토콜 스택이 통지받은 디스크립터를 보고 어느 소켓을 서버측의 소켓에 접속할지 판단하여 접속 동작을 실행합니다.
• IP 주소 : 네트워크에 존재하는 각 컴퓨터를 식별하기 위해 각각에 서로 다른 값을 할당한 것(각 기기에 할당되는 것이 아니라 기기에 장착된 각각의 네트워크용 하드웨어에 할당됩니다. 그러므로 복수의 네트워크 하드웨어를 장착한 기기에는 복수의 주소가 할당됩니다.
• 즉 IP 주소로 지정할 수 있는 것은 네트워크의 어느 컴퓨터인가 하는 것까지입니다.
• 접속 동작은 상대 측의 소켓에 대해 이루어지므로 소켓을 지정해야 하는데, IP주소로는 소켓까지 지정할 수 없습니다. 전화를 걸었을 때 "OO님 계십니까?"라고 말하여 통화할 상대를 바꿔달라는 중간 과정이 필요한데, 이 중간 과정이 '포트 번호'입니다.
• IP 주소와 포트 번호를 지정해야 어느 컴퓨터의 어느 소켓과 접속할지를 분명히 지정할 수 있습니다.
• 디스크립터는 컴퓨터 한 대의 내부에서 소켓을 식별하기 위해 사용하지만, 포트 번호는 접속 상대측에서 소켓을 식별하기 위해 사용합니다. (디스크립터로 포트 번호가 하는 일을 할 수 없습니다. 또한, 포트 번호로도 내부 소켓을 식별하는 것은 문제가 있습니다.)

서버에서 클라이언트 측의 소켓 번호를 아는 방법

• 먼저 클라이언트측의 소켓의 포트 번호는 소켓을 만들 때 프로토콜 스택이 적당한 값을 골라서 할ㅇ당 합니다.
• 이 값을 프로토콜 스택이 접속 동작을 실행할 때 서버측에 통지합니다.

정리

• connect를 호출하면 프로토콜 스택이 접속 동작을 실행합니다.
• 상대와 연결되면 프로토콜 스택은 연결된 상대의 IP주소나 포트 번호 등의 정보를 소켓에 기록합니다. 이로써 데이터 송수신이 가능한 상태가 됩니다.
• 디스크립터 : 애플리케이션이 소켓을 식별하는 것
• IP 주소와 포트 번호 : 클라이언트와 서버 간에 상대의 소켓을 식별하는 것

메시지를 주는 송신 단계

• 소켓이 상대 측과 연결되면 그 다음은 간단합니다. 소켓에서 데이터를 송신하면 상대 측의 소켓에 데이터가 도착합니다.
• 그러면 애플리케이션은 소켓을 직접 다룰 수 있으므로 Socket 라이브러를 통해 프로토콜 스택에 일을 의뢰합니다. 그래서 write라는 프로그램 부품을 사용하게 됩니다.
• 사용자가 입력한 URL을 바탕으로 만든 HTTP의 리퀘스트 메시지가 여기에서 말하는 송신데이터입니다. 그리고 write를 호출할 때 디스크립터와 송신 데이터를 지정합니다.
• 그러면 프로토콜 스택이 송신 데이터를 서버에게 송신합니다.
• 그러면 서버는 수신 동작을 실행하여 받은 데이터의 내용을 조사하고 적절한 처리를 실행하여 응답 메시지를 반송합니다.

메시지를 받는 수신 단계

• 수신할 때는 Socket 라이브러리의 read라는 프로그램 부품을 통해 프로토콜 스택에 수신 동작을 의뢰합니다.
• 이 때 수신한 응답 메시지를 저장하기 위한 메모리 영역을 지정하는데, 이 메모리 영역을 수신 버퍼라고 부릅니다.
• 그러면 응답 메시지가 돌아올 때 read가 받아서 수신 버퍼에 저장합니다. 수신 버퍼는 애플리케이션 프로그램의 내부에 마련된 메모리 영역이므로 수신 버퍼에 메시지를 저장한 시점에서 메시지를 애플리케이션에게 건네줍니다.

연결 끊기 단계

• 그 후 Socket 라이브러리의 close라는 함수를 호출하여 연결 끊기 단계로 들어가도록 의뢰합니다. 그러면 소켓 사이를 연결한 파이프와 같은 것이 분리되고 소켓도 말소됩니다.
• 이 때의 동작을 자세히 보면 웹에서 사용하는 HTTP 프로토콜에서는 본래 응답 메시지의 송신을 완료했을 때 웹 서버측에서 연결 끊기 동작(클라이언트나 서버 중 어느 쪽이 close를 실행시키는 지 차이가 있습니다. 웹은 서버가 먼저 close를 실행합니다.)을 실행하므로 먼저 웹 서버측에서 close를 호출하여 연결을 끊습니다.
• 그러면 클라이언트 측도 소켓을 연결 끊기 단계로 들어갑니다.
• 그리고 브라우저가 read로 수신 동작을 의뢰했을 때 read는 송수신 동작이 완료되어 연결이 끊겼다는 사실을 브라우저에게 통지합니다.
• 이로써 송수신이 종료되었다는 것을 알 수 있으므로 브라우저에서도 close를 호출하여 연결 끊기 단계에 들어갑니다.

총정리

• 메시지를 실제로 송수신하는 것은 프로토콜 스택, LAN 드라이버, LAN 어댑터 이 세가지입니다.
• 리졸버 : 도메인명에서 IP 주소를 조사할 때 DNS 서버에 조회 메시지를 보내는 것. 즉 도메인명을 IP 주소로 변환해 준다고 생각할 수도 있어서 답을 찾아내거나 해결한다는 뜻의 리졸버라고 쓰입니다.