컴퓨터 네트워킹 하향식 접근 - Chapter 2, 1장 응용 계층 프로토콜의 원칙

network apps

• Web
• text messaging
• e-mail
• social networking
• multi - user network games
• streaming stored video (youtube, hulu, netflix)
• P2P file 공유
• voice over IP (Skype)
• real-time video conferencing (zoom)
• internet search
• remote login 
• ...

network app 만들기

아래 프로그램들을 작성

• 다른 종단 시스템에서 동작
• 네트워크를 통해서 서로 통신
• 예) Web : 웹 서버 소프트웨어는 브라우저 소프트웨어와 소통한다.

네트워크 코어 장비에서 동작하는 소프트웨어를 만들 필요는 없음

• 네트워크 코어 장비들은 앱 계층에서 작동하지 않는다.
• 종단 시스템에서의 애플리케이션은 빠른 앱 개발과 전파를 가능하게 함

---

Application Architectures

• 클라이언트 - 서버
• Peer - to - peer (P2P)
• client - server와 P2P 혼합 방식

 

Client - Server 패러다임 

일반적으로 네트워크 앱은 클라이언트와 서버로 구부된다.

 

서버(Server) :

• 클라이언트에게 요청된 서비스를 제공
• 서버는 항상 동작, 고정 IP를 가짐
• 예) Web 서버는 요청하는 웹 페이지를 보낸다. 메일 서버는 email을 전달한다.

클라이언트(Client) : 

• 서버와 접속을 개시 ("speaks first")
• 서버로부터 서비스를 요청 (request)
• 간헐적으로 연결된다.
• 동적 IP 주소를 가진다
• Web : 브라우저가 클라이언트 역할, e-mail : 메일을 읽는 사람이 클라이언트

 

Pure P2P Architecture

• 항상 켜져있는 서버가 없다.
• 임의의 종단 시스템이 직접 통신함
• 피어들은 다른 피어로부터 서비스를 요청하고, 다른 피어에게 서비스를 제공
  • 자체 확장성(self scalability) : 새로운 피어가 새로운 서비스 수요를 가져오는 동시에 새로운 서비스 제공 용량도 추가됨
• 피어들은 간헐적으로 연결되며 IP 주소가 변경됨
• 예시) Gnutella
• 매우 확장 가능하지만 관리하기 어려움

 

Hybrid of client - server and P2P

Napster

• 파일 전송은 P2P 방식
• 파일 검색은 중앙 집중식 :
  • 피어들이 콘텐츠를 중앙 서버에 등록함
  • 피어들이 동일한 중앙 서버에 쿼리를 보내서 콘텐츠를 찾음

인스턴트 메시징 (Instant Messaging) :

• 두 사용자가 채팅하는 것은 P2P 방식
• 접속 상태 감지 / 위치 확인은 중앙 집중식
  • 사용자가 온라인 상태가 되면 자신의 IP 주소를 중앙 서버에 등록함
  • 사용자가 친구의 IP 주소를 찾기 위해 중앙 서버에 연락함

스카이프(Skype)

• P2P 기반의 VoIP (Voice-over-IP) 애플리케이션
• 중앙 서버 : 원격 사용자의 주소를 찾는데 사용됨
• 클라이언트 간 연결 : 서버를 거치지 않고, 직접 연결

 

---

Processes Communicating

프로세스(process) : 호스트에서 동작하는 프로그램

• 동일 호스트 내에서 두 프로세스는 프로세스 간 통신(inter-process communication)(defined by OS)을 사용하여 통신
• 다른 호스트에서 수행되는 프로세스들은 응용 계층 프로토콜(application-layer protocol)로 통신
  • 네트워크를 통한 메시지 교환으로 통신
• 클라이언트 프로세스 : 통신을 시작하는 프로세스
• 서버 프로세스 : 통신 요청을 기다리는 프로세스
  • 참고 : P2P 아키텍처를 사용하는 애플리케이션에는 클라이언트 프로세스와 서버 프로세스가 모두 존재함

 

소켓 (Sockets)

• 프로세스는 소켓을통해 메시지를 송/수신함
  • 소켓 : 호스트 내의 응용 계층과 전송 계층 사이의 인터페이스
  • 애플리케이션과 네트워크 간의 API 역할
• 소켓은 문에 비유됨
  • 송신 프로세스는 메시지를 문 밖으로 밀어내듯이 전송함
  • 송신 프로세스는 문 밖에 있는 전송 인프라가 메시지를 수신 프로세스의 소켓으로 전달해 줄 것이라고 가정함
• 애플리케이션 개발자가 전송 계층에 대해 가지는 제어 :
  1. 전송 프로토콜 선택
  2. 몇 가지 매개변수를 설정할 수 있는 능력(예 : 버퍼, 세그먼트 크기 등

 

프로세스 주소 지정 (Addressing Processes)

• 프로세스가 메시지를 수신하려면, 반드시 식별자가 필요함
• 호스트는 고유한 32비트 IP 주소를 가짐
• 프로세스가 실행되는 호스트의 IP 주소만으로 프로세스를 식별하는데 충분할까?
  • No, 많은 프로세스들이 동일 호스트에서 실행된다.
• 식별자는 IP 주소와 프로세스에 할당된 포트 번호를 포함
• 예시 포트 번호 :
  • HTTP 서버 : 80
  • Mail 서버 : 25

 

---

응용 계층 프로토콜

• 서로 다른 종단 시스템에서 수행되고 있는 응용 프로세스들이 어떻게 서로에게 메시지를 전달하는 가를 정의
• 교환되는 메시지 타입
  • request & response messages
• 여러 메시지 타입의 문법(Syntax)
  • 메세지의 무슨 필드가, 어떻게 구분되는지
• 필드의 의미(Semantics)
  • 필드 정보 의미
• 언제 그리고 어떻게 프로세스가 메시지를 전송하고, 메시지에 응답을 하는지를 결정하는 규칙
• 공개 도메인(오픈) 프로토콜 (Public-domain protocols):
  • RFC(인터넷 표준 문서)에 정의되어 있으며, 모든 사람이 프로토콜 정의에 접근할 수 있음
  • 상호 운용성을 허용함
  • 예시 : HTTP, SMTP
• 독점 프로토콜 (Proprietary protocols) :
  • 예시 : KaZzA, Skype, Zoom

 

어플리케이션들은 어떤 전송 서비스를 필요로 하는가?

• 전송 프로토콜은 네트워크를 통해 메시지를 수신 프로세스까지 전달할 책임이 있음
• 어플리케이션의 서비스 요구 사항
  
  1. 데이터 손실 (Data Loss)
     
     • 일부 애플리케이션(예 : 오디오)은 일부 데이터 손실을 허용할 수 있음
     • 다른 애플리케이션(예 : 파일 전송, Telnet)은 100% 신뢰할 수 있는 데이터 전송이 필요
  2. 대역폭 (Bandwidth, Throughput)
     • 일부 애플리케이션(예 : 멀티미디어, 인터넷 전화)은 최소한의 대역폭이 있어야 효과적임
     • 다른 애플리케이션 (예 : 탄력적인 애플리케이션, 이메일, Telnet, FTP)은 사용 가능한 대역폭을 최대로 활용함
  3. 지연 시간(Timing)
     • 일부 애플리케이션 (예 : 인터넷 전화, 인터랙티브 게임)은 낮은 지연이 있어야 효과적임)
  4. 보안 (Sercurity)
     • 암호화, 데이터 무결성 등

 

전송 서비스 요구사항

 

 

 

인터넷 전송 프로토콜 서비스들

 

TCP(Transmission Control Protocol) 서비스 :

• 연결 지향(connection-oriented) : 클라이언트와 서버 프로세스 간에 설정이 필요함
• 신뢰할 수 있는 전송 : 송신 프로세스와 수신 프로세스 간에 신뢰할 수 있는 전송 제공
• 흐름 제어(flow control) : 송신자가 수신자를 과도하게 압도하지 않도록 조절함
• 혼잡 제어(congestion control) : 네트워크가 과부할 상태일 때, 송신자를 조절함
• 제공하지 않는 것
  • 타이밍(지연)
  • 최소 대역폭 보장
  • 보안

 

UDP (User Datagram Protocol) 서비스 :

• 신뢰할 수 없는 데이터 전송 : 송신 프로세스와 수신 프로세스 간에 신뢰할 수 없는 데이터 전송 제공
• 제공하지 않는 것
  • 연결 설정
  • 신뢰성, 흐름 제어
  • 혼잡 제어
  • 타이밍 또는 대역폭 보장

 

 

TCP 보안 (Securing TCP)

• TCP와 UDP
  • 암호화 없음
  • 명확한 텍스트 비밀번호가 소켓에 전송되면 인터넷을 통해 명확한 텍스트로 전송됨
• SSL (Secure Socket Layer) :
  • 암호화된 TCP 연결 제공
  • 데이터 무결성 보장
  • 종단점 인증 제공

• SSL은 응용 계층에 위치함
  • 애플리케이션은 SSL 라이브러리를 사용하며, 이 라이브러리는 TCP와 통신함

• SSL 소켓 API : 
  • 명확한 텍스트 비밀번호가 소켓에 전송되면 인터넷을 통해 암호화되어 전송됨